INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II
Hardware de Procesamiento de Datos Para ver los principales aspectos del hardware, el tema se tratará en cuatro partes: Parte 1: Hardware de procesamiento de datos: se hará hincapié en los aspectos funcionales de los componentes que intervienen activamente en el procesamiento, tales como la CPU y la memoria principal. Parte 2: Composición básica de una computadora: aquí en forma muy simplificada, se pretende ubicar esos componentes en una computadora tipo PC. Parte 3: Dispositivos de Entrada Salida: describe brevemente las características de los distintos periféricos que se utilizan para el ingreso de los datos y la salida de información de la computadora. Parte 4: Dispositivos de almacenamiento secundario: se describen las distintas tecnologías utilizadas para el almacenamiento de los datos y la descripción de los principales dispositivos de almacenamiento. Parte 1: Hardware de procesamiento de datos El objetivo de este tema es entender la forma en que la computadora procesa los datos. Para ello se realizará primero una descripción general del hardware y de los bloques funcionales que lo componen, para luego tratar más específicamente los componentes fundamentales en el procesamiento de datos: la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria. 1. Qué es el Hardware de una computadora? Es la totalidad física, conformada por todos los componentes de su equipamiento: circuitos electrónicos (microcircuitos contenidos en “chips”), plaquetas que los soportan, cables o caminos conductores (buses) que los interconectan, mecanismos, discos, motores, cintas, gabinetes, pantallas, teclas, etc. 1.1. Bloques funcionales del hardware En el procesamiento de datos, realizado en cualquier computadora, se realizan los siguientes procesos:
Cada uno de estos procesos los realizan los bloques funcionales: periféricos de entrada, memoria, unidad central de proceso, periféricos de salida. Los bloques se comunican eléctricamente entre sí, a través de caminos formados por un conjunto de cables o líneas conductoras que constituyen un “bus”.
Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II En el gráfico se muestra como se relacionan los bloques funcionales. A los fines didácticos, aparecen repetidos dispositivos que pueden actuar tanto para la entrada como para la salida de datos (ej. Unidades de disco, disquete – obsoletos en la actualidad - que han sido reemplazados casi por completo por las unidades de memorias extraíbles de mayor capacidad entre los que se destacan los pendrive, tarjetas de memoria, etc). En líneas generales, en la figura mostrada, se supone que un disco de la unidad de disco rígido provee un programa cuyas instrucciones pasarán a través de buses a la memoria y los datos, llegan, -también a través de buses- a la memoria, provenientes del teclado. Luego las instrucciones del programa son ejecutadas, una por vez, para lo cual primero cada una por un bus llega al registro de instrucción (RI) de la U.C.P., donde permanece mientras se ejecuta, para que la Unidad de Control interprete que operación ha sido ordenada. Posteriormente, a través del mismo bus, el dato a operar por dicha instrucción llega desde la memoria a un registro acumulador (AX) del procesador, antes de ser operado (conforme a la operación ordenada) en la ALU, a fin de obtener un resultado. Este puede sustituir en el registro AX al dato ya operado, y luego, pasar a la memoria -nuevamente a través del bus citado- si una instrucción así lo ordena. Una vez que el resultado esté en la memoria, la instrucción siguiente podría ser visualizarlo en la pantalla, guardarlo en un soporte de memoria extraíble, etc. Estos dispositivos que se encargan de entrar desde el exterior datos e instrucciones hacia la computadora, o dar salida de resultados de la computadora al exterior, se denominan periféricos o unidades de entrada salida. Su función principal es convertir datos externos en internos en las operaciones de entrada, o a la inversa en las operaciones de salida. Un periférico no se conecta directamente al procesador central, sino por medio de una Interfaz circuital, indicada con la letra I en el gráfico inicial, que en una PC en general, está contenida en una tarjeta que se inserta en un zócalo apropiado de la placa madre. La UC no gobierna directamente a los periféricos mediante líneas que llegan a ellos, sino que la CPU ejecuta un subprograma preparado para cada periférico (drivers o controladores), merced al cual desde la CPU llega a la interfaz del periférico cada comando que ordena a la electrónica de éste qué debe hacer. Distintos circuitos de un computador se comunican entre sí mediante un conjunto de líneas, cables, conductores, que los interconectan eléctricamente, los cuales configuran una estructura de conexión. Estas comunicaciones se denominan bus. En general, en un bus se encuentran líneas para la transmisión de datos, direcciones y señales de control, denominados respectivamente bus de datos, bus de direcciones y bus de control. 1.2. Resumen del funcionamiento básico de una computadora 1. Los datos y las instrucciones del programa deben llegar a la memoria principal (MP) desde periféricos. Cada instrucción está codificada mediante una combinación de unos y ceros, esta codificación consta de dos partes: una es el código de instrucción que indica que hará la computadora, la otra parte contiene las direcciones de memoria donde se hallan el o los datos que se operarán en esta instrucción. 2. La UC localiza en MP la instrucción que debe ser ejecutada, para que su código llegue a la CPU, donde la UC determinará qué ordena ese código. 3. La UC recibe la instrucción interpreta o “decodifica”, ordena encaminar los datos hacia la UAL, indicando la operación que debe realizar o a los periféricos si la instrucción es de entrada/salida. La instrucción codificada permite localizar los datos que ejecutará, la operación concreta a realizarse, donde se guardará el resultado y donde se localizá la próxima instrucción en MP. La UC cumplimenta todo lo especificado en la instrucción. 4. Se vuelve al paso 2. 2. Unidad Central de Proceso (CPU) Se denomina Unidad Central de Proceso al conjunto formado por: • La Unidad de Control • La Unidad Aritmética Lógica • Los registros usados durante la ejecución de cada instrucción. La CPU es el “cerebro” de la computadora, el lugar donde se lleva a cabo la ejecución de las instrucciones. En los sistemas de computación más grandes, por ejemplo, las supercomputadoras y los mainframes1, las tareas de procesamiento pueden controlarse por múltiples chips de procesamiento. 1
Una computadora central o mainframe es una computadora grande, potente y costosa usada principalmente por una gran compañía para el procesamiento de una gran cantidad de datos; por ejemplo, para el procesamiento de transacciones bancarias. Realizan millones de operaciones por segundo y soportan un gran número de estaciones de trabajo (terminales).
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II El microprocesador En una microcomputadora, la CPU está contenida en el chip microprocesador. Los términos CPU, microprocesador y procesador, suelen ser sinónimos.
Ejemplo de microprocesador: Intel Pentium III Elementos principales del microprocesador Hay muchos tipos de microprocesadores pero una CPU típica consta, entre otros, de los elementos que se aprecian en la figura siguiente, donde el generador de pulsos de reloj suele alojarse en el chipset externo de la placa base.
Tipos de microprocesadores Todo microprocesador entiende un determinado conjunto de instrucciones, específicas de cada modelo. En general se puede realizar una clasificación universal de los procesadores atendiendo al tipo de instrucciones que manejan: a) CISC (Complex Instruction Set Computer) Computación de conjunto complejo de instrucciones: Procesador con un conjunto de instrucciones complejas. Cada procesador contiene un gran número de instrucciones que realizan operaciones completas. Por este motivo el decodificador y el secuenciador tienen un carácter complejo: manipulan multitud de instrucciones, algunas con muchas etapas diferentes. Son frecuentemente utilizados para los más avanzados y especializados (estaciones de trabajo, servidores y mainframes). b) RISC (Reduced Instruction Set Computer) Computación de conjunto reducido de instrucciones: Procesador con un reducido conjunto de instrucciones de carácter básico. Si necesita realizar tareas complejas las ejecuta mediante un conjunto de operaciones básicas. Como el decodificador y el secuenciador se simplifican y las instrucciones complejas se utilizan muy poco, es un procesador es más rápido y más potente que el CISC, están presentes en todos aquellos de carácter general, fundamentalmente los dedicados al uso doméstico (PCS y Macintosh) 2.1. Unidad de Control (UC) La Unidad de Control es el centro lógico de la computadora. Puede considerarse como un policía de tránsito dirigiendo el flujo de datos a través de la CPU, además del flujo hacia otros dispositivos y desde ellos. Es un circuito especializado, cuya función es obtener de la memoria las instrucciones del programa y ejecutarlas. Estas acciones forman parte de una secuencia siempre repetitiva: Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II • Obtener de la memoria la próxima instrucción que corresponde ejecutar. • Localizar los datos a operar en la memoria, en un AX u otro registro, según se indique. • Ordenar al circuito de la UAL que realice con dichos datos, la operación indicada, o a los canales correspondientes, si la instrucción es de entrada o salida de datos. • Guardar el resultado en un registro acumulador o en la memoria principal. Por lo tanto: La UC tiene a su cargo el secuenciamiento de las acciones necesarias que deben realizar los circuitos involucrados en la ejecución de cada instrucción, según el código de la misma; respetando el orden de ejecución de las instrucciones establecido en el programa. Se denomina conjunto de instrucciones a todas las operaciones que la CPU puede ejecutar. Este conjunto de instrucciones está integrado en la Unidad de Control. Cada instrucción del conjunto de instrucciones está expresada en microcódigo: instrucciones básicas que le dicen a la CPU la forma en que debe ejecutar las operaciones más complejas. La UC ordenará mediante señales eléctricas transmitidas por canales o cables, las operaciones (aritméticas o lógicas) que debe realizar la Unidad Aritmética Lógica (UAL). 2.2. Unidad Aritmético Lógica (UAL) Debido a que todos los datos en la computadora están almacenados como números (tener presente los códigos de representación de datos de introducción a la Informática) gran parte del procesamiento involucra la comparación de números ó la realización de operaciones aritméticas. Por lo tanto, la UAL sirve para realizar las operaciones aritméticas o lógicas que le ordene la UC, siendo auxiliada por registros acumuladores para guardar transitoriamente datos y resultados. Estos registros, son ubicaciones de memoria de alta velocidad que están directamente integradas en la CPU y se utilizan para almacenar datos que se están procesando en ese momento. Se puede considerar a los registros como bloc de notas. Por ejemplo, la UC puede cargar 2 números de la memoria en los registros y luego decirle a la UAL que sume los 2 números (operación aritmética) ó que los compare para comprobar si son iguales (operación lógica). La respuesta a este cálculo se almacenará en otro registro antes de ser enviado a la CPU. 2.2.1. Longitud de palabra Se denomina palabra al conjunto de bits que forma un dato con los que operan la UAL y coincide, en general, con el número de bits de los registros del procesador. La longitud de palabra es el número de bits que la forman, las longitudes actuales son de 32 y 64 bits. 2.2.2. Ciclo de máquina Cada vez que la CPU ejecuta una instrucción, realiza una serie de pasos. La serie completa de pasos se denomina ciclo de máquina. Un ciclo de máquina consta de un ciclo de instrucción y un ciclo de ejecución. El primero recupera los datos y decodifica las instrucciones, el segundo ejecuta las microinstrucciones. El ciclo de instrucción comprende los siguientes pasos:
A pesar de que el proceso es complejo, la PC lo realiza a gran velocidad, traduciendo millones de instrucciones por segundo. De hecho, el desempeño de la CPU se mide en millones de instrucciones por segundo (MIPS). Los microprocesadores modernos se pueden medir en billones de instrucciones por segundo (BIPS). 3. Memoria principal La etapa de memorización en el proceso de datos, la realiza la memoria principal, central o interna. Almacena datos, instrucciones y los resultados del proceso en circuitos electrónicos ó chips ubicados en la placa madre. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II La memoria principal (MP) almacena las instrucciones de programas que próximamente serán ejecutas en la CPU, y los datos que ellas ordenan procesar (operar); así como resultados intermedios y finales de las operaciones realizadas en la CPU. Es decir, los datos que se procesan y el programa que se ejecuta para dicho proceso deben estar en la memoria principal. Cada programa comparte la MP con sus datos, pero las instrucciones están en una zona y los datos en otra. Esta información queda almacenada temporalmente mientras se opera con ella; pudiendo luego ser reemplazada por otro programa y sus datos correspondientes. No debe confundirse la memoria principal, que es interna y está colocada en la placa madre, con la memoria de almacenamiento masivo (discos rígidos, disquetes, CD-ROM) que son externos. Tienen gran relación puesto que todos los programas y datos son almacenados en los discos y pasan después a la memoria donde serán manipulados adecuadamente por la CPU, tal como se ve en la siguiente figura:
3.1. Tipos de memoria Existen dos tipos de memoria integrada, en función de la permanencia de los datos: Cuando los chips de memoria retienen los datos aún cuando se apaga la computadora, decimos que es una memoria no volátil. Otros chips pierden su contenido cuando se suspende el suministro de energía eléctrica, este tipo de memoria se denomina volátil. En la figura siguiente se muestra la disposición de estos chips en la placa madre: 3.1.1. Memoria no volátil (ROM) Los chips de memoria no volátil mantienen los datos aun cuando se desconecte la computadora. Los datos se colocan es los chips durante el proceso de fabricación. Durante su uso normal, los datos de estos chips sólo se leen y utilizan (no se modifican) por lo que esta se memoria se conoce también como memoria de sólo lectura ó ROM (read only memory). Específicamente, los chips que no pueden modificarse se conocen como memoria programable de sólo lectura ó PROM (por sus siglas en inglés). Los chips PROM se utilizan generalmente en las unidades de disco duro ó en las impresoras. Contienen las instrucciones que hacen funcionar a los dispositivos. Cuando una computadora se enciende necesita saber por donde empezar. Las instrucciones de inicio están contenidas en una memoria ROM, denominada BIOS (Basic Input Oputput system ó Sistema Básico de Entrada Salida). Este chip contiene la información necesaria para realizar determinadas tareas rutinarias de bajo nivel: a) Arrancar el ordenador. Para hacer esto se utiliza un pequeño programa de arranque que se pasa de la ROM a la memoria principal (RAM) y desde aquí se ejecuta. b) Ejecutar el programa de configuración de la placa madre y sus componentes principales. Este programa se denomina SETUP y es accedido mediante algún mecanismo especial, normalmente pulsando la tecla después del chequeo de arranque. c) Administrar los Códigos de las Interrupciones BIOS que son necesarias para realizar la entrada y salida de datos. 3.1.1.1. Memoria Flash La memoria flash es un tipo especial de memoria no volátil. Se utiliza en dispositivos digitales portátiles para almacenamiento de datos. Las cámaras digitales, reproductores MP3, dispositivos de almacenamiento USB y consolas de juego, utilizan este tipo de memoria. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 3.1.2. Memoria volátil (RAM) La memoria volátil requiere de energía eléctrica para almacenar los datos. La memoria volátil de una computadora se conoce como memoria de acceso aleatorio ó RAM (Random Access Memory). Cuando se habla de la memoria de una computadora, en relación a una microcomputadora, se refiere a la RAM. La RAM almacena los programas y los datos mientras se están ejecutando. La RAM está especialmente diseñada para ser inmediatamente accesible para la CPU o para los programas. La palabra “aleatorio” en la RAM implica que cualquier parte de ella puede ser accesible en cualquier momento. Esto contribuye a que la RAM sea muy rápida. Una computadora no necesita buscar en toda su memoria cada vez que tiene que encontrar datos, debido a que la CPU utiliza una dirección de memoria para almacenar y recuperar cada fragmento de datos. Una dirección de memoria es un número que indica una ubicación en los chips de memoria. Las direcciones de memoria empiezan en cero y se incrementan hasta llegar a uno menos que la cantidad de bytes de la memoria que tiene la computadora. Se utiliza memoria RAM no sólo asociada a la CPU. Las placas de video y de sonido modernas tienen su propia RAM integrada. 3.1.3. Características de la memoria principal La memoria principal almacena bits (unos y ceros) en celdas independientes entre sí, que contienen un byte (8 bits) de información. Cada celda se localiza en el conjunto mediante un número binario identificatorio, que constituye su “dirección” ó indicación de su “posición” en ese conjunto. Este número no se puede alterar porque está establecido circuitalmente. Por lo tanto, con relación a cada celda se tiene dos números binarios: Un número fijo, la dirección, que presentado en los circuitos de la memoria permite acceder a una celda; y Un número de ocho bits, que es el contenido o información de esa celda, o sea la combinación de unos y ceros almacenada en ella. Este número puede cambiarse si la memoria es alterable. Generalmente se representan las celdas de la memoria como un conjunto de casilleros verticales, siendo sus direcciones números binarios consecutivos. Para no visualizar largas cadenas de unos y ceros, estos números suelen mostrarse en su equivalente hexadecimal, para que sea de más fácil comprensión. Esto es cuando se realiza un “vuelco” de memoria en la pantalla o impresora.
Puede ayudar a entender mejor el concepto de byte almacenado, si se piensa que en cada Casillero existen llaves del tipo “si-no”, como las comunes de pared para encender la luz, cada una para representar un uno estará en la posición de prendido (“si”) o para representar el cero, estará en apagado (“no”). Entonces, para una celda dada, como la que contiene 01100001, la combinación de unos y ceros que están formando las ocho llaves es la información contenida en dicha celda. La información que almacena cada grupo de 8 llaves puede referirse a instrucciones o datos.
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 3.1.4. Palabra de memoria (“word”) En cada dirección de memoria (celda) sólo se pueden leer o escribir 8 bits por vez, sin posibilidad de operar menor cantidad de bits. Cuando los datos e instrucciones ocupen más de un byte, se almacenan fragmentados en varios bytes, los cuales deben estar contenidos en celdas consecutivas de memoria. En una operación de lectura o escritura de memoria se puede acceder a varias celdas consecutivas. El número máximo de éstas constituye una palabra (“word”) de memoria. Dicho número puede ser 1, 2, 4 ú 8 bytes, dependiendo de la cantidad de líneas de datos que salen del procesador hacia la memoria. 3.1.5. Direccionamiento de memoria Para acceder a los datos de la memoria o grabar datos en ellas la CPU debe direccionar la MP. La acción de direccionar o “direccionamiento” consiste en colocar en las líneas de direcciones del bus que llegan a la MP, la dirección de la celda a la que se quiere acceder, para leerla o escribirla.
Tiempo de acceso: es el que transcurre entre que se direcciona una celda de memoria, hasta que aparece en el bus de datos el contenido de la celda direccionada. Este tiempo se mide en nanosegundos, esta unidad de tiempo significa una mil millonésima de segundo. Los procesadores internamente realizan operaciones en contados nanosegundos. 3.1.6. Tamaño de memoria La cantidad de memoria RAM en una computadora influye sobre el rendimiento de la misma. Más RAM significa que la computadora puede ejecutar programas más grandes y potentes. También más RAM puede hacer que la computadora sea más veloz. Para ejecutar un programa no hace falta que el programa entero esté en la RAM, sin embargo mientras más grande sea la porción del programa que entre en la memoria, más rápida será la ejecución del programa. Por qué? Si el tamaño de la memoria es insuficiente para almacenar el programa y los datos necesarios, la CPU utilizará espacios del disco rígido como extensión de la memoria principal. Esto significa que la CPU deberá hacer permanentes intercambios trayendo y llevando datos de la memoria a la unidad de disco duro. Esta técnica de administración de memoria se denomina “memoria virtual” y, si bien es efectiva para administrar una cantidad limitada de memoria, disminuye el desempeño del sistema porque el disco duro es mucho más lento que la RAM, por lo tanto, los accesos a la unidad de disco harán que el procesamiento se realice en una mayor cantidad de tiempo. 4. El reloj interno de la computadora Todas las computadoras tienen un reloj del sistema, controlado por un cristal de cuarzo. Cuando se le aplica electricidad, las moléculas en el cristal vibran millones de veces por segundo, con una velocidad que nunca cambia. La computadora utiliza las vibraciones del cuarzo del reloj para marcar el tiempo de sus operaciones de procesamiento. Las primeras PC operaban a 4,77 megahertz. El Hertz (Hz) es una medida de ciclos por segundo. Megahertz (MHz) significa “millones de ciclos por segundo”. Gigahertz (GHz) significa “miles de millones de ciclos por segundo”. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II La velocidad de operación de la computadora está ligada a la velocidad de reloj del sistema. Un ciclo de reloj es el tiempo en que un transistor se apaga y se vuelve a encender. Un procesador puede ejecutar una instrucción dentro de un número determinado de ciclos de reloj. A medida que aumenta la velocidad del reloj del sistema, también aumenta la cantidad de instrucciones que puede realizar cada segundo. Los procesadores modernos operan a velocidades mayores a 1 Ghz. 5. El bus El bus es una ruta entre los componentes de una computadora. Existen dos buses principales en una computadora: el bus interno (o del sistema) y el bus externo (o de expansión). El bus del sistema reside en la placa madre y conecta a la CPU con los otros dispositivos conectados a la placa madre. Un bus de expansión conecta dispositivos externos, como el teclado, el Mouse, módem, impresora y otros, con la CPU. Los cables de las unidades de disco y otros dispositivos internos se conectan al bus. El bus del sistema tiene dos partes: el bus de datos y el bus de direcciones. 5.1. El bus de datos El bus de datos es una ruta eléctrica que conecta a la CPU, memoria y los otros dispositivos de hardware en la placa madre. Este bus, en realidad, es un conjunto de cables paralelos. El número de cables del bus de datos afecta la velocidad con la que pueden viajar los datos entre los componentes de hardware. Cada cable puede transportar un bit de datos por vez, un bus de 8 cables transportará 8 bits, un byte, por vez. Un bus de 16 bits, puede transferir 2 bytes, uno de 32, 4 bytes y un bus de 64 bits puede transferir 8 bytes por vez. Al igual que el procesador, la velocidad del bus se mide en megahertz (MHz). Mientras más rápida sea la velocidad del bus, más rápido podrá transferir datos entre los componentes de una computadora. 5.2. El bus de direcciones El bus de direcciones es un conjunto de cables, similar al bus de datos que sólo conecta a la CPU y la RAM y transporta únicamente direcciones de memoria. La disposición de los buses en la motherboard (placa madre) se ve en la figura siguiente:
5.3. Estándares de buses Entre las tecnologías de bus comunes, se incluyen: El bus arquitectura estándar de la industria ó ISA), es un bus de 16 bits. Fue por mucho tiempo el estándar industrial de facto y aún se utiliza en algunas computadoras para conectar dispositivos más lento a la CPU (por ejemplo, un módem). Tecnología Bus Local, esta se desarrolló para conectar dispositivos más rápidos a la CPU. Un bus local es un sistema interno que se extiende entre los componentes de la placa madre. Actualmente, la mayoría de los sistemas utiliza algún tipo de tecnología de bus local. El bus de interconexión de componentes periféricos ó PCI (Peripheral Component Interconected) es un tipo de bus local diseñado por Intel para facilitar la integración de nuevos tipos de datos, por ejemplo, de audio, video e imágenes. El bus puerto de aceleración de gráficos ó AGP (Accelerated Graphics Port) incorpora una arquitectura especial que le permite a la tarjeta de video tener acceso a la RAM del sistema directamente, incrementando notoriamente la velocidad del desempeño gráfico. El estándar AGP permitió el desarrollo de muchos tipos de tarjetas aceleradoras de video que soportan imágenes en 3D y de video de movimiento pleno. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II El bus serial universal ó USB (Universal Serial Bus), es un bus relativamente nuevo que se encuentra en todas las computadoras modernas. A diferencia del PCI y del AGP, el USB es un bus de intercambio rápido, lo que significa que un usuario puede conectar y desconectar un dispositivo USB sin afectar a la computadora. USB soporta hasta 127 dispositivos, ya sea conectados en cadenas ó en un concentrador. Los puertos IEEE 1394 (FireWire) se utilizan para conectar dispositivos de video, por ejemplo, cámaras y cámaras de video. El bus PC Card se utiliza sólo en las computadoras laptop. Al igual que USB, el bus PC Card es de intercambio rápido. Se utilizan para tarjetas WiFi, tarjetas de red, módems externo, examinadores de huellas dactilares y otros sistemas biométricos de seguridad. Tradicionalmente, el desempeño de los buses se medía por la cantidad de bits que podían transferir a la vez. Sin embargo, en la actualidad, los buses se evalúan de acuerdo con sus velocidades de transferencia de datos (la cantidad de datos que pueden transferir en un segundo), este desempeño se mide en MHz o GHz. A continuación, la tabla muestra valores de desempeño de los buses comunes:
6. Memoria caché: Mover los datos entre la RAM y los registros de la CPU es una de las operaciones que consume más tiempo para la CPU, debido a que la RAM es más lenta que la CPU. Para solucionar este problema se incluye una caché de memoria en la CPU. Una memoria caché es similar a la RAM pero mucho más rápida. Hay que distinguir entre dos tipos de caché, la de primer nivel y la de segundo nivel. La de primer nivel es la que se encuentra integrada dentro del chip del microprocesador. La memoria caché se usa en varias partes de la computadora. La mayoría de las unidades de disco y tarjetas de red tienen un caché para acelerar el acceso de datos. Resumiendo, las memorias caché aceleran la adquisición de datos en la mayoría de los casos. Cuando la CPU necesita cargar un dato hace lo siguiente: 1) Lo busca en la memoria caché de nivel 1. 2) Si allí no se encuentra lo busca en la memoria caché de nivel 2. 3) Si en esta tampoco está lo sacará de la memoria principal. Aunque este esquema resulte muy complicado (además requiere mecanismos especializados para decidir qué datos se cargan y descargan de las memorias caché) es muy efectivo. Parte 2: Composición básica de una computadora 1. Introducción Se han visto los distintos componentes del hardware, destacando principalmente, su funcionalidad. Es decir, cual es el papel que cumplen en el procesamiento de datos. El propósito de este apartado es describir la composición básica de una computadora, tomando como ejemplo una PC, con el objeto de que los alumnos tengan idea de la ubicación física de los componentes anteriormente descriptos. A simple vista lo que se ve de una computadora son tres elementos diferentes: teclado, monitor y unidad central o "gabinete". Tanto el teclado como el monitor forman parte de los periféricos de la computadora, siendo la unidad central la parte principal de la computadora.
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 2. Componentes La elección del tipo de gabinete dependerá del número y tipo de componentes que se deseen incluir. Independientemente de su formato, en el interior de la PC observaremos los siguientes elementos: 2.1. Placa base: Contiene la circuitería básica del ordenador: microprocesador, memoria, ranuras de expansión, controladores de dispositivos, etc. 2.2. Dispositivos internos: Fundamentalmente son de dos tipos: a) Dispositivos de almacenamiento masivo de datos (disco, disquetera, CD-ROM. etc.). b) Tarjetas auxiliares (tarjeta de vídeo, tarjeta de sonido, etc.). 2.3. Fuente de alimentación: Suministra la corriente eléctrica adecuada a los componentes internos de la computadora. Necesita de uno o varios ventiladores para disipar el calor generado. Esos ventiladores son los que generan el ruido característico de las computadoras actuales.
3. Elementos de la placa madre Como ya se ha dicho, la placa madre es centro neurálgico de la computadora. En ella se incluye el microprocesador, que es el núcleo del sistema y el encargado de realizar la mayoría de las operaciones importantes. Además del microprocesador se incluyen los elementos necesarios para que éste pueda realizar su trabajo. Entre los más importantes tenemos los siguientes: Zócalos de memoria principal (RAM) Ranuras de expansión o ampliación Líneas o buses de comunicación Circuitos controladores de dispositivos Chipset o conjunto de chips para el control y sincronización Batería o pila Jumpers o puentes de configuración ROM-BIOS, o conjunto básico de instrucciones de entrada/salida 4. Microprocesadores de PC Centrándose únicamente en el entorno de PC, se parte del primer microprocesador: el Intel 8086, inicio de la familia se denomina x86 y se muestra a continuación su evolución a grandes rasgos: Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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Además de Intel, empresa pionera en la fabricación de microprocesadores para PC, hay otros fabricantes (fundamentalmente AMD) que han sacado al mercado microprocesadores compatibles que pueden obtener rendimientos similares a los equivalentes Intel. En el entorno de computadoras Macintosh (Mac) los procesadores son fabricados por Motorola y en la actualidad sus modelos de altas prestaciones son los Power PC que obtienen un mayor rendimiento (tienen una arquitectura RISC más avanzada), a igualdad de velocidad de reloj, que los ordenadores PC. Aunque el conocimiento de lo expresado respecto a los microprocesadores induzca a pensar que ésta es la parte que más influye en la velocidad de una computadora, hay que tener presente que el rendimiento final de una computadora no sólo depende del modelo y velocidad del microprocesador. Elementos como el tipo de placa, el chipset empleado, el tipo de memoria, etc. pueden llegar a ser tan importantes como la CPU. Parte 3: Periféricos de entrada y salida 1. Periféricos de entrada/salida Los periféricos de entrada-salida son componentes hardware que sirven para conectar la unidad principal de la computadora con el “mundo exterior”: pueden leer la información que genera la computadora (periféricos de salida), introducir datos en él para ser procesados (periféricos de entrada) o ambas cosas (periféricos de entrada-salida). Por lo tanto. Cuantos más periféricos tenga la computadora, mayor cantidad de prestaciones podrá ofrecer. • Periféricos de entrada • Periféricos de salida Teclado Monitor Ratón o Mouse Impresora Lápiz óptico Parlantes Pantallas sensibles al tacto • Periféricos de entrada-salida Escáner Módem Micrófono 2. Periféricos de entrada 2.1. Teclado Es el principal dispositivo de entrada para introducir texto y números. Un teclado estándar incluye aproximadamente 100 teclas; cada tecla envía una señal diferente a la CPU. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Distribución de teclas en el teclado estándar Los teclados para computadoras personales, se presentan en distintos modelos, pudiendo variar en tamaño, forma y apariencia, pero en la mayoría de los ellos, las teclas están distribuidas en una forma casi idéntica. La distribución de teclas más común usada en la actualidad se denomina QWERTY (se pronuncia QUERti) porque las seis primeras letras de la hilera superior de letras son Q, W, E, R, T y Y. Se comercializa también otra distribución que buscar mayor eficiencia al acelerar el número de pulsaciones por minuto, es el teclado llamado DVORAK. No es muy utilizado debido al fuerte arraigo del teclado QWERTY que proviene de las primeras máquinas de escribir. Cómo acepta la computadora información del teclado? Al presionar una tecla, un pequeño chip dentro de la computadora o el teclado, llamado controlador del teclado, detecta que una tecla ha sido presionada e inicia una serie de eventos en cadena que coloca el código del carácter en la memoria temporal del teclado, denominado, ”memoria temporal del teclado o buffer”. El controlador de teclado envía una solicitud de interrupción a la CPU, cuando reconoce la presión de una tecla.
2.2. El ratón o “mouse” Es un periférico de entrada prácticamente obligatorio cuando se trabaja en entornos gráficos como, por ejemplo, el sistema operativo Windows. Es un dispositivo para señalar, que permite controlar la posición del cursor en la pantalla de manera rápida y sencilla sin necesidad de utilizar el teclado. Un ratón, también permite crear elementos gráficos en la pantalla, como por ejemplo, líneas, curvas y dibujo a mano alzada, manipular iconos y acceder más fácilmente al uso de menús y cajas de mensajes.Aunque hay distintos tipo de ratones, todos ellos disponen de botones para ejecutar determinadas operaciones. Usar el ratón involucra tres técnicas: hacer 1 clic (selección del objeto) hacer doble clic (ejecuta el programa representado por el icono) arrastrar (edición de arrastrar y soltar) Hacer clic con el botón derecho del mouse abre el menú contextual que contiene comandos y acciones apropiadas para el objeto que está señalado. Tipo de ratones: Mecánico, Óptico, TrackBall, Trackpad 2.3. Lápiz óptico Un lápiz electrónico permite al usuario escribir directamente en la pantalla de esta computadora basada en esta técnica (como algunas computadoras de mano o handhelds), o utilizar el lápiz como un dispositivo para señalar, como un ratón, y seleccionar comandos.
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 2.4. Pantallas sensibles al tacto Las pantallas sensibles al tacto trabajan mediante la presentación de un menú de opciones para escoger, el hardware detecta la posición del dedo en la pantalla. Las pantallas sensibles al tacto son apropiadas en ambientes donde la tierra o el clima hacen imposible el uso de teclados y dispositivos para señalar, y donde una interfaz sencilla e intuitiva es importante. Ej. Ambientes industriales. No son apropiadas para ingresar gran cantidad de información, son mejores en aplicaciones sencillas como cajeros automáticos o centros de información pública 2.5. Detectores de código de barras
2.6. Escáner o digitalizadores de imágenes Los digitalizadores de imágenes (scanners), convierten cualquier imagen en formas electrónicas al reflejar luz en la imagen y detectar la intensidad del reflejo en cada punto.
2.6.1. OCR (Optical Character Recognition) Reconocimiento óptico de Caracteres Cuando se digitaliza una imagen, esta es guardada en la memoria de la computadora como un archivo tipo mapa de bits (bitmap) o una malla de puntos, cada uno representado por uno o más bits. El objetivo del software de OCR es traducir esta matriz de puntos a texto que puede ser interpretado por la computadora como letras y números, e interpretarse e incluirse en cualquier procesador de textos. Para traducir archivos de mapas de bits a texto, el OCR es un programa que lee esas imágenes digitales y busca conjuntos de puntos que se asemejen a letras, a caracteres. El procedimiento de conversión es el siguiente:
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 2.7. Tabletas Digitalizadoras Es un dispositivo de entrada que permite digitalizar figuras y gráficos vectoriales. Una tableta consta de una superficie que contiene cientos de líneas de cobre que forma una rejilla. Esta rejilla esta conectada a una computadora. Cada una de las líneas de cobre recibe pulsos eléctricos. Se utiliza un lápiz especial o trazador conectado a la tableta que es sensible a los pulsos para trazar los dibujos. Una de las capacidades principales de este dispositivo es que permite colocar un dibujo encima de la tarjeta y registrar los movimientos del lápiz, posibilitando una especie de calcado del dibujo. 2.8. Sistema de captura de información hablada Se utiliza un micrófono que transforma el lenguaje humano en señales eléctricas, los patrones de señales se transmiten al procesador donde se comparan con un diccionario de patrones que se almacenan previamente. Cuando se encuentra una correspondencia razonable la palabra se "reconoce" y la computadora produce la salida apropiada. La mayor parte de los sistemas son dependientes del hablante, es decir, para que una persona pueda utilizarlo debe adiestrar a la computadora para que reconozca su patrón de voz específico. Ejemplo de aplicación Via Voice de IBM. 3. Dispositivos de salida Actualmente los tipos de salida más utilizados son: Monitores Impresoras Tarjetas de sonidos (parlantes) 3.1. Monitores El monitor es el periférico de salida más importante porque sobre él se muestran todos los datos que se necesitan para trabajar. Para que el monitor funcione correctamente se necesita una placa de video que hace de intermediario entre la computadora y el monitor. Estos dos componentes determinan la calidad de la imagen. Se utilizan dos tipos básicos de monitores: Monitor CRT (Tubo de Rayos Catódicos) Monitor LCD (Pantalla de Cristal Líquido – Liquid Cristal Display) 3.1.1. Monitor CRT La pantalla del monitor está formada por una serie de puntos, cada uno de ellos denominado píxel, que en su conjunto son los que permiten formar las imágenes. En los monitores monocromos cada punto puede tomar una intensidad de luz, sin embargo, en los monitores color cada píxel de pantalla está formado por tres puntos más pequeños: uno para la intensidad del color rojo, otro para el verde y otro para el azul. De esta manera, combinando los tres colores se puede formar cualquier color con bastante precisión. Esta técnica de composición de colores se denomina RGB (Red-Green-Blue). Internamente, el monitor contiene un tubo de cristal que en su parte final tiene forma abombada o cilíndrica que conforma la pantalla. Del lado contrario, la pantalla tiene una cubierta de fósforo, que es lo que provocará que los puntos brillen con una determinada intensidad. En la parte trasera del monitor, el tubo es más estrecho y aloja uno o tres cañones de electrones que lanzan un haz de electrones sobre la pantalla para excitar el fósforo y hacer que éste emita luz. En función de las señales recibidas desde la CPU, los haces de electrones realizan una exploración o barrido de la pantalla, de
izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, haciendo brillar el fósforo. Este brillo perdura por muy poco tiempo por lo que el haz de electrones debe hacer rápidamente barridos de pantallas para mantener la imagen.
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 3.1.2. Monitor LCD Una pantalla de cristal líquido o LCD (acrónimo del inglés Liquid Crystal Display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. El LCD o cristal líquido, no emite luz, por lo que no existe contraste suficiente entre las imágenes y su fondo para que sean legibles bajo cualquier condición. En algunos casos se ilumina por atrás la pantalla, de modo que se pueda leer más fácilmente, pero la pantalla requiere de energía adicional. 3.2. Controlador o placa de video Es el dispositivo encargado de transmitir al monitor la información gráfica que debe presentar en la pantalla. Realiza dos operaciones: Interpreta los datos que le llegan del procesador, ordenándolos y calculando para poder presentarlos en la pantalla en forma de un rectángulo compuesto de puntos individuales de diferentes colores (pixels). Toma la salida de datos digitales resultante de ese proceso y la transforma en una señal analógica que pueda entender el monitor. 3.3. Impresoras De acuerdo a la tecnología de impresión, tres tipos más comunes de impresoras son: Matriz de puntos Láser Inyección de tinta. 3.3.1. Impresora Matriz de puntos Una impresora de matriz de puntos crea imágenes con una cabeza de impresión que recorre cada línea, imprimiendo una serie de patrones de puntos. Las agujas de una impresora de matriz de puntos están acomodadas en una columna en la cabeza de impresión. En comparación con las impresoras láser y de inyección de tinta: Son ruidosas. Producen generalmente una impresión de más baja calidad Son mucho las más baratas, en términos de costo inicial y costo de operación. Siguen siendo útiles para determinados trabajos. Proporcionan múltiples copias, utilizadas con formas múltiples como cheques, formas de embarque y facturas, porque dependen del impacto para transferir los caracteres impresos de una copia a otra. 3.3.2. Impresoras láser Estas impresoras, tienen en el interior un láser. Generalmente, tiene su propio microprocesador para realizar operaciones más complejas. Del mismo modo que el cañón de electrones puede seleccionar cualquier píxel en un motor gráfico, el láser en una impresora puede seleccionar cualquier punto en un tambor y crear una carga eléctrica. El tóner, compuesto de pequeñas partículas de tinta con cargas eléctricas opuestas, se adhiere al tambor en los lugares que fueron cargados eléctricamente por el láser. Luego, con presión y calor, se transfiere el tóner del tambor al papel. Las impresoras láser, tienen una memoria especial para guardar las imágenes que imprime. Características generales: Son más caras Son muy silenciosas. Son más rápidas y la velocidad de impresión se mide por número de páginas por minutos. La calidad de impresión es mayor y la resolución de éstas se mide en puntos por pulgada (dots per inch DPI)
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 3.3.3. Impresoras de inyección de tinta La cabeza de impresión de una impresora de inyección de tinta contiene hasta 64 pequeñas boquillas. A medida que la cabeza de impresión recorre horizontalmente el papel, cada boquilla inyecta finas ráfagas de tinta de secado rápido. Características generales: La calidad de impresión es bastante alta y proveen una buena resolución de impresión. Son silenciosas y convenientes, pero no son muy rápidas. 3.4. Graficadores Los plotters están diseñados para producir grandes dibujos o imágenes, como planos de construcción para edificios o heliográficas de objetos mecánicos, entre otros ejemplos. Emplea un brazo de robot para dibujar, con plumas de colores, sobre papel de tamaño grande. En algunas impresoras gráficas, el brazo recoge cada pluma en forma individual. Las instrucciones que recibe un graficador de una computadora consisten de un color y las coordenadas del principio y del fin de una línea. 3.5. Tarjetas de sonidos, parlantes y micrófonos Son usados para ingresar o dar salida de sonido o música de cierta complejidad. El tratamiento digital del sonido comenzó con los CD (Compac Disk). La tarjeta de sonido provee las entradas o salidas de los distintos dispositivos relacionados con el sonido (micrófono, parlantes, instrumentos MIDI, etc,), tal como se ve en la imagen. 4. Dispositivos de entrada-salida 4.1. El módem El teléfono convierte la voz en una onda sonora que es una señal analógica (varían en forma continua a través del tiempo). Sin embargo la computadora sólo puede enviar y recibir señales digitales, que consisten en ceros y unos. El trabajo del MODEM es convertir estas cadenas digitales en frecuencias electromagnéticas que el teléfono pueda transmitir. Parte 4: Dispositivos de almacenamiento secundario 1. Introducción El propósito de los dispositivos de almacenamiento es el almacenamiento y recuperación de la información de forma automática y eficiente. El almacenamiento se relaciona con dos procesos: Escritura o grabación de datos para que más tarde se puedan recuperar y utilizar. Lectura de datos almacenados para luego transferirlos a la memoria de la computadora. Los materiales físicos en donde se almacenan los datos se conocen como medios o soporte de almacenamiento. Los componentes del hardware que escriben en los medios de almacenamiento o leen datos de ellos se conocen como dispositivos de almacenamiento. Por ejemplo, un disquete ó un CD son medios o soportes de almacenamientos, una unidad de disquete o unidad de CD son dispositivos, que realizan la lectura o escritura en esos soportes. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 2. Tipos de Dispositivos Las dos principales categorías de tecnologías de almacenamiento que se utilizan en la actualidad son el almacenamiento magnético y el almacenamiento óptico. A pesar de que la mayoría de los dispositivos y medios de almacenamiento emplean una tecnología ó la otra, algunos utilizan ambas. Una tercera categoría de almacenamiento (almacenamiento de estado sólido) se utiliza con frecuencia para almacenamiento de datos y es muy común en cámaras digitales y reproductores de medios (mp3, mp4… etc). En función de la tecnología utilizada para el almacenamiento se clasifican en: Dispositivos magnéticos Disco magnético (discos rígidos, disquetes, Zip, Jaz) Cinta magnética Dispositivos ópticos: Disco compacto (CD) Disco digital versátil (DVD) Dispositivos de almacenamiento electrónico ó de estado sólido Discos duros Tarjetas para cámaras digitales, reproductores de audio y video, pen-drive A continuación se muestran imágenes de los distintos soportes.
2.1. Dispositivos de almacenamiento magnético Debido a que todos ellos utilizan el mismo medio (el material donde se almacenan los datos), las unidades de disquete, las de disco duro, las de discos flexibles de alta capacidad y las de cinta magnética utilizan técnicas similares para leer y escribir datos. Como funcionan los dispositivos Magnéticos Los dispositivos de almacenamiento magnético utilizan el mismo principio para almacenar información. Así como un transistor puede representar la información binaria como "apagado" o "encendido", la orientación del campo magnético puede ser utilizada para representar datos. El imán tiene una ventaja importante sobre el transistor: mantiene su polaridad sin una fuente continua de electricidad. Para que la información pueda ser almacenada, las superficies de los discos y cintas magnéticas están cubiertas con millones de diminutas partículas de hierro. Cada una de estas partículas puede actuar como un imán, adquiriendo un campo magnético cuando se somete a un electroimán. La información se escribe en el medio de la siguiente forma: las cabezas de lectura/escritura de una unidad de disco o de cinta contienen electroimanes que cargan las partículas de hierro en el medio de almacenamiento cuando éste pasa por la cabeza. Las cabezas de lectura/escritura graban cadenas de 1 y 0 cuando se alterna la dirección de la corriente en los electroimanes. Para leer la información de una superficie magnética, el proceso se invierte. Las cabezas de lectura/escritura pasan sobre el disco o la cinta sin flujo de corriente en el electroimán. Debido a que el medio de almacenamiento tiene una carga magnética pero la cabeza no, el medio de almacenamiento carga al imán en la cabeza, lo que causa el flujo de una pequeña corriente a través de la bobina en una u otra dirección, dependiendo de la polaridad de las partículas. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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La unidad de almacenamiento percibe la dirección del flujo cuando el medio de almacenamiento pasa por la cabeza y los datos se envían de la cabeza de lectura/escritura a la memoria. Si bien existen varios soportes magnéticos que se utilizan aún, como el disquete, los discos zip y jaz, describiremos las características del disco rígido dado que es el principal dispositivo de almacenamiento para todas las computadoras. 2.1.1. Discos Rígidos a) Características físicas Un disco duro incluye uno o más platos montados en un eje central. Cada plato está cubierto por una capa magnética y la unidad entera está encerrada en un compartimiento sellado. Los discos rígidos más pequeños que se ofrecen en la actualidad pueden almacenar más de 160 GB, los más grandes almacenan 300 GB o más. Las capacidades mínimas cambian constantemente. Los discos rígidos de la mayoría de las PC giran con una velocidad de 3.600, 7.200 ó 10.000 revoluciones por minuto (rpm). Los discos de alto desempeño pueden girar a 15.000 rpm. La velocidad con la que giran los discos es un factor importante en el desempeño general de la unidad. Los discos rígidos están compuestos por partes mecánicas y partes electrónicas. b) Estructura interna Los discos rígidos se componen internamente por las siguientes partes: 1. Uno o varios platos 2. El eje y el motor 3. Cabezales de lectura y escritura 4. El brazo actuador o posicionador de las cabezas. 5. Los circuitos electrónicos de control
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 1. Los platos El disco rígido está compuesto por uno o varios platos en los cuales se almacena la información. Estos platos metálicos están apilados unos sobre otros, con separaciones muy pequeñas entre sí. Los platos pueden ser de metal (aluminio en la mayoría de los casos), plástico o vidrio y están cubiertos a ambos lados con un finísimo polvillo de óxido de hierro, o una película fina de metal, siendo ambas sustancias magnéticas. 2. El eje y el motor Los platos están unidos a un eje central, el cual esta unido a un motor. Este motor hace girar el eje junto con los platos a una velocidad de más 3.600 revoluciones por minuto. Esto se conoce como velocidad de rotación del disco. 3. Cabezales de lectura y escritura La cabeza de un disco es un dispositivo electromagnético capaz de leer, escribir y borrar datos en medios magnéticos. Los cabezales de lectura y escritura se posicionan a ambos lados de cada plato y si hay más de un plato, se ubican en el espacio que hay entre éstos, accediendo de esta manera a ambas superficies de los mismos: la superior y la inferior. Esto significa que la cantidad de cabezales que componen un disco rígido será el doble que la cantidad de platos. 4. El brazo posicionador de las cabezas Todos los cabezales van conectados a un brazo mecánico, conocido como brazo actuador o posicionador de las cabezas. Los cabezales de los discos no pueden posicionarse independientemente, sino que se desplazan en conjunto en forma sincronizada, aunque sólo uno de ellos puede entrar en acción por vez. El brazo posicionador es el encargado de trasladar los brazos a la pista deseada. Los cabezales de lectura y escritura no se tocan con la superficie de los platos cuando éstos giran, debido a que si esto sucede a las velocidades de la rotación de los mismos se producirán daños irreparables en la superficie del mismo.Debido a la alta velocidad de rotación de los platos, las corrientes de aire generadas hacen que el cabezal levante vuelo y se mantenga a una altura constante mientras sigan girando los platos. El fenómeno descrito anteriormente, recibe el nombre de efecto Bernoulli, en honor al físico suizo del mismo nombre, por sus trabajos de investigación de los efectos de las corrientes de aire.
La carcaza que esconde la estructura interna de los discos está cerrada herméticamente para evitar el contacto con elementos del ambiente, como el polvo, humo, etc. Dado que si llegara a ingresar cualquier partícula, por muy pequeña que sea, podría provocar el choque del cabezal con la superficie del disco provocando daños irreparables. c) Organización de los datos en un disco magnético El disco es un medio de almacenamiento directo o aleatorio, esto quiere decir, que es capaz de acceder a la información solicitada sin tener que recorrer todo el disco, para ello el disco utiliza una arquitectura particular que describimos a continuación: Cada plato en divide en pistas (círculos concéntricos), también llamados cilindros (cuando se trata de una pila de discos, el cilindro designa al conjunto de todas las pistas que están en la misma vertical del disco, es decir, las pistas que están a la misma distancia del eje de giro). La cantidad de pistas que concentren los platos dependerá de la densidad de pista determinada por los procesos de fabricación. Las pistas se numeran desde o desde las más externas a las más internas. La densidad de pista es el parámetro técnico de los discos rígidos que indica la cantidad de pistas que se concentran en un espacio determinado, lo común son discos con 2.950 tpi (tracks per inch) o ppp (pistas por pulgadas). Luego, las pistas se dividen a su vez en forma radial en sectores, como los pedazos de una torta. Los sectores almacenan físicamente los datos en el disco. Normalmente, cada sector almacena 512 bytes, excepto los discos de alto rendimiento que tienen sectores de 1024 bytes. Todos los sectores están numerados de manera tal que la computadora pueda acceder a cada área pequeña del disco utilizando un número único. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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Un sector es la unidad más pequeña con la que cualquier unidad de disco magnético puede trabajar. Una unidad puede leer o grabar solo sectores completos. Antes las pistas podían dividirse solamente en una misma cantidad de sectores por pista. Los discos actuales aprovechan mejor el espacio del disco, colocando más sectores en las pistas más externas. Las especificaciones técnicas en estos casos indican valores de, por ejemplo, 58 a 118, lo que significa que la pista más cercana al centro de los platos estará dividida en 58 sectores y la pista más cercana al borde en 118 sectores. Esta arquitectura complica bastante más los circuitos de control de la unidad, pero aprovecha toda la superficie. d) Mecanismo de acceso a los datos A través de las cabezas (una para cada lado de los platos), cilindros y sectores, se puede acceder a una zona concreta del disco. Por ejemplo, “Cilindro 15, cara inferior del plato 2, sector 12”, serviría para indicar el punto al que se quiere acceder.
Ventajas Gran velocidad de acceso Gran capacidad de almacenamiento Confiables Acceso directo Generalmente
Desventajas NO removibles Caros Delicados
2.2. Dispositivos de almacenamiento óptico Los dispositivos de almacenamiento ópticos se llaman así porque almacenan datos en una superficie reflectora de manera que puede leerlos un rayo de luz láser. Un láser utiliza un rayo de luz angosta y concentrada que se enfoca y dirige con lentes, prismas y espejos. A diferencia de los medios magnéticos donde cualquier punto en la superficie es físicamente igual a cualquier otro, aun cuando haya información en él, en los medios ópticos, la superficie está físicamente perforada para reflejar o dispersar la luz del láser. El CD-ROM es especialmente apropiado para muchas aplicaciones que incluyen grandes volúmenes de información que raramente cambia. Por ejemplo, diccionarios, enciclopedias, bibliotecas de referencia de medicina, de leyes u otras carreras, música, vídeo y paquetes de software comercial. Una unidad de CD-ROM lee los datos digitales (datos ó audio) de un disco que gira al enfocar un láser hacia la superficie del disco. Algunas áreas del disco reflejan la luz láser en un sensor y otras áreas dispersan la luz. Un reflejo del rayo láser en el sensor se interpreta como un 1 y la ausencia del reflejo se interpreta como 0. Los datos se ubican en un CD ROM en una espiral larga y continua. Los datos se almacenan en forma de zonas, es decir áreas planas sobre la superficie de metal y marcas, es decir, depresiones y huecos. Un disco compacto estándar puede almacenar 650 MB de información ó aproximadamente 70 minutos de audio. Una generación más nueva contiene 700 MB de datos y 80 minutos de audio. Comparadas con las unidades de disco duro, las unidades de CD-ROM son lentas. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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Al igual que los discos, en un CD-ROM la pista se divide en sectores pero estos sectores se despliegan de una forma diferente. Un CD-ROM sólo tiene una pista de forma espiral de unos 34 Km. de largo. En esta pista se graban los datos en bloques del mismo tamaño (sectores). La información se almacena gracias a un láser de gran potencia que desgasta la superficie de un CD virgen produciendo una serie de hendiduras que luego serán interpretadas por otro láser de menor intensidad, mirando el reflejo de este haz de luz. El disco de aluminio está recubierto por una capa de plástico, que evita que se raye la superficie de aluminio. Uno de los mayores problemas es que el polvo y la suciedad afecta negativamente el funcionamiento del láser y del resto de lentes. Ventajas Acceso directo Gran capacidad Baratos Resistentes
Desventajas No reutilizables No muy rápidos Poco fiables (sobre todo a largo plazo) El polvo/suciedad afecta a las lentes.
2.2.2. DVD Disco de Video digital Un DVD-ROM es un medio de alta capacidad capaz de almacenar una película de larga duración en un solo disco del mismo tamaño que un CD. Para lograr esta gran capacidad el DVD-ROM utiliza ambos lados del disco, tecnologías especiales de compresión de datos y pistas muy pequeñas para almacenar los datos. Algunos discos DVD-ROM utilizan capas de pistas de datos lo que duplica sus capacidades. El rayo láser del dispositivo es capaz de leer datos de la primera capa y luego mirar a través de ella para leer datos de la segunda capa. Debido a que cada lado de un disco DVD-ROM puede contener hasta 4,7 GB (7 veces más que un CD convencional), estos discos pueden contener hasta 9,4 GB. Los discos DVD de doble capa pueden contener hasta 17 GB. Las marcas del DVD ocupan la mitad del espacio que ocupan los de un CD y la distancia entre las pistas también es mucho menor por lo que el DVD posee una densidad de datos de casi 35.000 TPI (track per inch) , tal como se ve en la siguiente figura.
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 2.3. Dispositivos de almacenamiento de estado sólido Estos dispositivos también conocidos como SSD ó SOLID STATE DRIVE (dispositivos de estado sólido), se distinguen entre los dispositivos de almacenamiento porque no utilizan discos ó cintas y no tienen partes movibles. El almacenamiento de estado sólido no es ni magnético ni óptico. Depende de circuitos integrados para almacenar los datos. En general, son no volátiles, esto quiere decir que no necesitan energía eléctrica para retener sus datos. El almacenamiento magnético u óptico estándar es menos costoso y más confiable que el estado sólido, sin embargo, éstos tienen una gran ventaja: la velocidad. No tienen partes movibles y pueden acceder a los datos más rápidamente. Hasta el momento empresas con Samsung y SanDisk son las principales proveedoras de este novedoso tipo de discos duros en el mercado. En realidad, no tienen de nada en absoluto, ya que toda la información que almacena se aloja en chips de memorias Flash del tipo NAND. Este tipo de dispositivos carece de motor, lo cual es una enorme ventaja en cuanto al consumo de energía, al ruido generado y el rendimiento global. En el mercado actual ya se consiguen unidades de 64, 160 y hasta 256 GB. Este último valor de capacidad es más que suficiente para equipos portátiles y, según las pruebas, EL TIEMPO DE ACCESO A LOS DATOS ES UN 60% MENOR QUE EN LOS DISCOS DUROS CONVENCIONALES, lo que evita demoras en las búsquedas de la información y aumenta enormemente el rendimiento. Por ejemplo, actualmente un equipo portátil con unidad SSD demora 25 segundos en iniciar Windows Vista
2.3.1. Memoria flash La memoria flash es un tipo especial de chip de memoria que combina las ventajas de la RAM y la ROM. Al igual que la RAM, la memoria flash permite acceder a los datos de manera aleatoria, asimismo, permite sobrescribir cualquier parte o todo el contenido en cualquier momento. Igual que la ROM, la memoria es flash es no volátil, por lo que puede mantener los datos sin necesidad de provisión continua de energía eléctrica. La memoria flash tiene muchos usos. Se utiliza para el almacenamiento de las imágenes en una cámara digital, en los reproductores multimedia como el MP3 y MP4. Los pen-drive proveen la facilidad de transportar los datos de un equipo a otro. Se conectan a través del puerto USB ó Fire Wire de la computadora.
3. Medición del desempeño de los dispositivos de almacenamiento Un factor importante para medir el desempeño general de un sistema es la velocidad con la que operan las unidades de disco de la computadora. Las mediciones de desempeño generalmente se aplican a las unidades de discos rígidos pero puede aplicarse a otros dispositivos. Cuando se evalúa el desempeño de los dispositivos comunes de almacenamiento se necesita conocer dos medidas comunes: el tiempo promedio de acceso y el rango de transferencia de información. 3.1. Tiempo promedio de acceso El tiempo promedio de acceso de un dispositivo, es la cantidad de tiempo que le toma posicionar las cabezas de lectura / escritura en cualquier punto del medio de grabación. El tiempo promedio de acceso es una medida importante del desempeño de dispositivos de almacenamiento y memoria. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Por las características de sus componentes, en los dispositivos de almacenamiento el tiempo de acceso se mide en milisegundos (ms), ó milésimas de segundos. En los dispositivos de memoria, los tiempos de accesos se miden en nanosegundos (ns), ó mil millonésimas de un segundo. En una unidad de disco, el tiempo de acceso depende de a combinación de dos factores: la velocidad a la cual gira un disco (en RPM) y el tiempo que le toma mover las cabezas de una pista a la otra. El tiempo promedio de acceso para los discos duros puede variar ampliamente, pero la mayoría de las unidades funcionan a velocidades de 6 a 12 ms. Algunas unidades de alto rendimiento tienen un tiempo de acceso de 4 a 5 milisegundos. Para las unidades CD-ROM el tiempo de acceso tiende a ser muy lento comparado con los estándares de las unidades de disco duro, variando de 100 a 300 milisegundos. Las unidades de cinta magnética tienen el tiempo de acceso más largo que cualquier otro dispositivo, dependiendo del tipo de la unidad y formato que se utilice, las unidades de cinta pueden ocupar desde unos cuantos segundos hasta varios minutos para encontrar un fragmento específico de datos en la superficie de la cinta. 3.2. Velocidad promedio de transferencia de datos La otra estadística importante para medir el desempeño de la unidad es la velocidad a la cual se transfieren los datos, esto es, cuánto tarda en leer y escribir información. Las velocidades se expresan como una cantidad ó como una cantidad por unidad de tiempo. Cuando se mide la velocidad de transferencia de datos, la unidad de tiempo es siempre el segundo, pero las unidades de información pueden ser medidas en bytes, KB o MB. Al igual que el tiempo de acceso, las velocidades de transferencia de datos pueden variar mucho de un dispositivo a otro. Las velocidades de los discos duros suelen ser altas, desde 15 MBps para los sistemas hogareños hasta 80 MBps y superiores para las unidades más rápidas, diseñadas para servidores de alto desempeño. Los CD-ROM tienen un rango que va de 300 KBps hasta 900 KBps. 3.3. Interfaces para discos rígidos El tipo de controlador que usa la unidad es otro factor importante para determinar qué tan rápido puede leer y escribir información una unidad. Así como un monitor requiere de un controlador que actúe como interfaz entre la CPU de la computadora y la pantalla, también los sistemas de almacenamiento masivo necesitan un controlador que actúe como intermediario entre el disco y la CPU. Un controlador de disco conecta la unidad de disco con el bus de la computadora, actuando como una interfaz entre los dos y permitiendo que la unidad intercambie datos con otros dispositivos. Actualmente la mayoría de las computadoras personales utiliza uno de estos estándares: EIDE (Enhanced IDE) y SCSI (Small Computer System Interface). Otros dos tipos de interfaz, Bus Serial Universal (USB) e IEEE 1394 ó Fire Wire, permiten conectar unidades de discos adicionales y otros dispositivos a la computadora.
Bibliografía Esta información ha sido extraída puramente del material en línea que entrega a sus alumnos la Cátedra Introducción a la Informática de Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura del Departamento de Informática http://exa.unne.edu.ar/informatica/introduccion/public_html/material.html Allí podrán encontrar otros materiales muy útiles a la hora de encarar ciertos temas en los espacios de TIC.
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Software 1. Introducción. En un sistema informático, para que el hardware o parte material pueda realizar el trabajo para el que ha sido construido, es necesario tener un conjunto de normas y órdenes que coordinen todos los procesos que se realicen. Este conjunto de órdenes se denomina software o parte inmaterial del sistema. Por ello, a través del software (integrado por un gran número de programas que interactúan unos con otros) pueden ser manejados todos los recursos de un sistema informático para resolver cualquier problema. El término software (del inglés: producto etéreo, pensamiento), lo constituye un conjunto de ideas, producto de la inteligencia de las personas para solucionar problemas de muy diversos tipos. Todos los programas que conforman el software pueden ser divididos en dos grupos bien diferenciados según su función: • Software de sistema. Compuesto por el conjunto de programas imprescindibles para el funcionamiento del hardware, más otros programas cuya misión es la de facilitar el uso del sistema y optimizar sus recursos. Entre estos se destaca el sistema operativo como elemento fundamental para el funcionamiento de una computadora. • Software de aplicación. Es el conjunto de programas que se desarrollan para que una computadora realice cualquier trabajo controlado por el usuario. Estos programas pueden ser de uso estandarizado, como por ejemplo, los procesadores de texto, planillas de cálculo, etc, o diseñados para un uso específico como, por ejemplo, un programa de monitoreo cardíaco, un programa de gestión contable, etc. En la siguiente figura se representa gráficamente la relación entre los dos grupos anteriores y el hardware de un sistema.
La siguiente tabla muestra la clasificación del software y los principales componentes de cada categoría.
2. Software de sistema 2.1. Sistemas Operativos Un sistema operativo (SO) ó OS (System Operating) en un programa pero un programa diferente al resto de los programas que pueden encontrarse en una PC. El sistema operativo es el software que controla el hardware del sistema e interactúa con el usuario y el software de aplicaciones. El SO es el programa de control maestro de la computadora. El SO proporciona las herramientas (comandos) que permiten la interacción del usuario con la computadora, traduce el comando en código que la computadora pueda entender y asegura que el resultado de las acciones se muestren en la pantalla o en la impresora, por ejemplo. También el SO actúa como el mecanismo de control principal del hardware de la computadora. Entonces, como interfaz del usuario con la computadora: Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Un sistema operativo es un conjunto de programas y funciones que controlan el funcionamiento del hardware ocultando sus detalles, ofreciendo al usuario una vía sencilla y flexible de acceso a la computadora.
Además, la computadora es una máquina que posee un conjunto de elementos que se denominan recursos, que deben ser racionalmente distribuidos y utilizados para obtener de ellos el mejor rendimiento. Estos recursos son los siguientes: El procesador. Como se sabe, es el lugar donde se ejecutan las instrucciones y por ello deben controlarse los programas que se ejecuten y su secuenciamiento. La memoria interna. Todo programa que se ejecute en una computadora, así como todo dato que se desee procesar, debe residir en la memoria interna, por tanto, es necesario regular su uso y ocupación. La entrada/salida. Todo programa, en general, necesita realizar operaciones de entrada/salida sobre sus unidades periféricas para el control y direccionamiento de las mismas. La información. Los datos, sus tipos, tamaños y métodos de representación tienen que estar perfectamente controlados para evitar operaciones erróneas o falsas interpretaciones. Desde el punto de vista del control de los recursos de una computadora se puede establecer el siguiente concepto: Un sistema operativo es el administrador de los recursos ofrecidos por el hardware para alcanzar un eficaz rendimiento de los mismos. 2.1.1. Funciones del sistema operativo De acuerdo a lo descripto anteriormente, un SO realiza las siguientes funciones básicas: Despliega los elementos de la pantalla que conforman la interfaz de usuario. Carga los programas (por un ejemplo, un procesador de texto, una planilla de cálculo, un navegador de Internet, un juego, un reproductor de MP3) en la memoria de la computadora de manera que se puedan utilizar. Coordina la forma en que los programas trabajan con el hardware de la computadora y con otros tipos de programas. Controla la manera en que se almacena y recupera la información de los discos u otros soportes de almacenamiento de datos. 2.1.2. Tipos de sistemas operativos Los sistemas operativos se pueden organizar en cuatro tipos principales: Sistemas operativos de tiempo real: Es un SO muy rápido y relativamente pequeño. Generalmente están integrados en los circuitos de un dispositivo y no se cargan desde una unidad de disco. Son necesarios en aplicaciones de tiempo real. Este tipo de aplicación se caracteriza por responder a ciertos tipos de entrada en forma extremadamente rápida. Ejemplo de aplicaciones de tiempo real: equipos de diagnóstico médico, sistemas de soportes a las funciones vitales, instrumentos científicos y sistemas industriales. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Sistemas operativos monousuario/monotarea: Este tipo de SO sólo permite que un usuario realice una sola tarea a la vez, esto es que sólo puede realizar un proceso por vez. El MS-DOS es un SO de una sola tarea así como un sistema Palm OS. Si bien estos SO son limitados por estas características, existe un uso específico para ellos, debido a que ocupan muy poco espacio en disco o en la memoria cuando se están ejecutando y no requieren de una computadora poderosa y de alto costo. Sistemas operativos monousuario/multitareas: Estos SO permiten que un solo usuario realice dos ó más funciones a la vez. Las computadoras personales actuales utilizan este tipo de SO, entre los que se incluyen Windows de Microsoft, el sistema operativo Macintosh y Linux. Las características de multitarea de estos sistemas operativos incrementan la productividad de las personas. Por ejemplo, un oficinista puede ejecutar varios programas a la vez, por ejemplo, una planilla de cálculo y un procesador de texto, incluso puede intercambiar información entre ambos, puede realizar un gráfico en la planilla y agregarlo al documento de texto. Como desventajas de este tipo de SO podría mencionarse el tamaño y la complejidad crecientes que necesitan para proporcionar soporte a las múltiples tareas. Sistemas operativos multiusuarios/multitareas: Permite que múltiples usuarios ejecuten programas que funcionen de manera simultánea en un solo servidor de red. En un sistema multiusuario, el sistema operativo le ofrece a cada usuario un entorno completo llamado sesión de usuario en el servidor. Cada aplicación de usuario se ejecuta dentro de su propia sesión de usuario dentro del servidor de manera separada de las demás sesiones de usuario. En el entorno de un sistema operativo multiusuario/multitarea, todos o la mayoría de los procesos se realizan en el servidor. Ejemplos: UNIX y sistemas operativos para mainframe. La ventaja de estos sistemas operativos es que pueden administrarse haciendo cambios en el servidor en lugar de hacerlo en cada una de las computadoras de escritorio. También permite que los usuarios trabajen con aplicaciones que requieren computadoras más poderosas. Como desventaja puede mencionarse que cuando falla la conexión de red el usuario no puede trabajar con las aplicaciones que están en el servidor. 2.1.3. Interfaz de usuario La interfaz de usuario está constituida por un conjunto de elementos que están en la pantalla. Los dos tipos más comunes de interfaz de usuario son las gráficas y las de línea de comando. a) Interfaz gráfica de usuario La mayoría de los sistemas operativos actuales, incluyendo todas las versiones de Windows, el sistema operativo Macintosh, el OS/2, además de algunas versiones de UNIX y Linux, proporcionan una interfaz gráfica de usuario ó GUI (Graphic User Interface). Una GUI tiene ese nombre porque utiliza el mouse (ó algún otro tipo de dispositivo de señalamiento) para trabajar con objetos gráficos (por ejemplo, ventanas, menús, iconos, botones y otras herramientas. Estas herramientas gráficas representan distintos tipos de comandos. La ventaja de las GUI es que permiten emitir comandos a la computadora a través de la utilización de objetos visuales en lugar de escribir comandos. Windows es una de las distintas GUI que utiliza la metáfora de escritorio. El fondo de la GUI es el escritorio, éste tiene herramientas gráficas y puede almacenar su trabajo. Las imágenes pequeñas o iconos, llamados también accesos directos, representan vínculos a los recursos de la PC o en una red. Por ejemplo, programas, carpetas, archivos. b) Interfaz de línea de comando Algunos sistemas operativos más viejos (por ejemplo MS-DOS) y algunas versiones actuales de UNIX y Linux, incluyen una interfaz de línea de comandos, la cual utiliza comandos escritos en lugar de lugar de objetos gráficos para ejecutar tareas. La mayoría de las personas prefieren trabajar con una interfaz gráfica pero la interfaz de línea de comandos es más rápida para introducir comandos. 2.1.4. Ejecución de programas El sistema operativo brinda una interfaz entre los programas de aplicación y el usuario. También es la interfaz entre esos programas y otros recursos de la computadora, por ejemplo, la memoria, la impresora u otro programa. Los programadores escriben programas con instrucciones integradas conocidas cono “llamadas al sistema”. Por ejemplo, cuando un programa necesita acceder a un archivo hace una llamada al SO, quién cumple con el pedido y devuelve el control a la aplicación. Algunas de las tareas que los SO realizan como servicio a los programas son: Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Guardar el contenido de los archivos en el disco. Leer un archivo y disco y colocar los datos en la memoria Enviar un documento a la impresora y activarla. Asignar la RAM entre los programas que se ejecutan Reconocer las teclas presionadas o los clicks del mouse y desplegar caracteres o imágenes en la pantalla. 2.1.5. Compartir información Para que las aplicaciones compartan información, por ej; agregar un gráfico Excel en un documento Word, algunos SO realizan esta tarea mediante el Portapapeles. Este es un espacio de almacenamiento temporal (dentro de la memoria de la computadora) para los datos que se copian o mueven. Con el Copiar ó Cortar los datos se guardan en el portapapeles y con el Pegar, se colocan en el lugar donde está posicionado el cursor de inserción. 2.1.6. Administración de hardware Cuando los programas se ejecutan, necesitan usar la memoria, discos, monitor, impresora, etc. El SO actúa entre los programas y el hardware. En una red de PCS, el SO también está entre su PC y los demás dispositivos de red. Interrupciones de procesamiento El SO responde a solicitudes para utilizar memoria y otros dispositivos, mantiene el registro de los programas que accedieron a los dispositivos y coordina el funcionamiento del hardware de manera que las actividades no se traslapen, mediante las solicitudes de interrupción (IRQ), explicadas en el tema 3 (CPU). 2.1.7. Sistemas operativos para PC La PC ha evolucionado rápidamente en poco tiempo y mucho del progreso se debe a los SO. Estos programas han permitido que las computadoras sean cada vez más fáciles de manejar, más flexibles y más confiables. Los SO se encuentran presente en las PCS más poderosas como así también en los dispositivos de tipo handheld (PDA) y teléfonos celulares. LO que sigue otorga una breve descripción de los distintos sistemas SO que se utilizan en las PCS de escritorio. A pesar de que algunos de estos sistemas operativos (por ejemplo, DOS y Windows 95) se consideran descontinuados, se siguen usando en determinados ambientes y por ello se incluyen aquí. DOS DOS (sistema operativo en disco) aun se utiliza por distintas razones. Originalmente, la utilización de DOS se extendió en los años ochentas. La primera versión fue PC DOS, la cual fue incluida en las computadoras IBM. La otra fue la versión de DOS de Microsoft, conocida como MS-DOS (Microsoft DOS), la cual fue utilizada en millones de PC "compatibles con IBM" o "clones". (Estos términos describen a cualquier PC que esté basada en la misma arquitectura que utilizaban las computadoras personales de IBM.) A pesar de su dominio en el mercado de la PC durante más de una década, DOS tenía algunas debilidades. Por ejemplo, sólo proporcionaba soporte para un usuario a la vez y sólo ejecutaba un programa al mismo tiempo. No incluía el soporte integrado para el trabajo en redes y los usuarios tenían que instalar de forma manual los controladores cada vez que deseaban añadir un componente de hardware nuevo en sus PC. Además, DOS está limitado en la cantidad de memoria RAM y espacio de almacenamiento que podía utilizar. Por último, incluso hoy en día, DOS sólo otorga soporte para programas de 16-bits, de manera que no pueda aprovechar el poder de los procesadores modernos de 32-bits (y 64-bits). Además, DOS utiliza interfaz de línea de comando que obliga a los usuarios a recordar nombres de comandos. ¿Pero por qué DOS se sigue utilizando hoy en día? Las dos razones son su tamaño y simplicidad. No requiere de mucha memoria o espacio de almacenamiento y no necesita una computadora poderosa. Por tanto, se utiliza frecuentemente como un SO integrado a dispositivos que ejecutan aplicaciones muy simples que sólo realizan una tarea. Otra razón para su actual uso, es que muchas empresas cuentan aun con aplicaciones personalizadas que fueron escritas como una aplicación particular para sus compañías o para sus necesidades especiales. Windows 9x El concepto Windows 9x se usa para hablar de los miembros de este trío: Windows 95, 98 y Windows Me. Aunque estas versiones están creídas obsoletas son usadas por usuarios que tienen PCs antiguas. En 1995, Microsoft lanzó al mercado Windows 95, un SO completo (no necesitaba que fuera instalado MS-DOS antes de su instalación), a diferencia de sus antecesores, Win95 instala los componentes necesarios del SO, MSDOS que necesita y tiene un código de programación adicional que aprovecha las capacidades más avanzadas de los CPU modernas además de mantener una interfaz grafica de usuario. Win95 mejoró la capacidad de ejecutar múltiples tareas comparado con sus versiones anteriores y fue la primera versión en otorgar soportes en el estándar Plug and Play para conectar hardware nuevo. Incorpora soporte para redes integrado y mejoras en la GUI, por ejemplo, la barra de tareas y el botón Inicio. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Windows 98 (fue lanzado en 1998 de ahí su nombre) es una actualización de Win95. Como cambio importante este SO presenta la integración del navegador Internet Explorer con una nueva característica, el Active Desktop, que permite a los usuarios navegar en Internet y la computadora local de la misma forma. El Active Desktop permite a los usuarios integrar recursos de Internet. En el 2000, Microsoft lanza al mercado Windows Millenium (el último miembro de la familia Windows 9x). Windows Me, ofrece algunas mejoras notables sobre sus predecesores, por ej; capacidades multimedia avanzadas, soporte integrado para edición de video digital y mejoras en las características de Internet. Pero al igual que Win95 y Win98, Windows Me, continua utilizando una gran cantidad de código de 16 bits que proporciona soporte para las aplicaciones DOS y Windows 3.x antiguas. Como resultado, Windows Me, no fue mucho más estable o robusto que Win95 o 98 y estaba sujeto a caídas frecuentes del sistema. Windows XP Fue introducido en octubre de 2001. El escritorio tiene una apariencia más tridimensional con esquinas redondeadas y más sombreados. Con WinXP, Microsoft consolidó sus sistemas operativos de escritorio para usuarios hogareños y empresas en un solo entorno. Algunas características actualizadas en Windows XP: Soporte para medios digitales. Por medio del uso de Windows Media Player provee el soporte para ediciones digitales además de la creación de video y audio para proyectos multimedia. Capacidades de red y comunicaciones avanzada: aprovecha el soporte universal para el estándar Plug and Play, el cual permite que la PC encuentre y utilice hardware que está conectado por medio de una red sin tener que forzar al usuario a configurar el sistema o instalar controladores. También utiliza la herramienta Internet Connection Sharing, la cual permite que los usuarios conecten varias computadoras a Internet con una sola conexión. El sistema operativo Macintosh El SO Macintosh (o Mac OS) sólo funciona en computadoras Macintosh, esto se considera su principal desventaja. Pero, a pesar de que sólo cuenta con una pequeña parte del mercado, las computadoras Macintosh son la opción preferida de editores, desarrolladores de multimedia y artistas gráficos, por sus reconocidas capacidades de tratamiento gráfico. La versión actual se llama Mac OS System X (diez), el cual cuenta con cuatro versiones principales. La última versión es Mac OS X Panther, también conocida como versión 10.3. UNIX para sistemas de escritorio El SO de UNIX se puede ejecutar en una amplia variedad de computadoras, desde laptops a supercomputadoras. A pesar de que UNIX no tiene un lugar importante en el mercado de los sistemas operativos de escritorio, gracias a su poder y atractivo para los ingenieros y otros usuarios de software CAD (Diseño Asistido con Computadora) y CAM, UNIX se utiliza en las estaciones de trabajo de alto poder. UNIX se caracteriza por utilizar interfaz de línea de comandos, instrucciones difíciles y el hecho de que requiere de muchos comandos para hacer incluso tareas simples. Sin embargo, el poder y estabilidad de este SO son muy destacados. Linux para sistemas de escritorio A pesar de que Linux es considerado como un SO "freeware" (Software Libre), se destaca por su poder, capacidades y amplio conjunto de características. Linux es un sistema operativo multitareas completamente de 32-bits y proporciona soporte para múltiples usuarios y procesadores. Linux se puede ejecutar en casi cualquier computadora y puede funcionar con casi cualquier tipo de aplicación. Utiliza una interfaz de línea de comandos, pero también existen entornos GUI basados en ventanas conocidos como shells. La principal diferencia no técnica entre UNIX y Linux es el precio. Cualquier persona puede obtener una copia gratuita de Linux en Internet o en libros y revistas de computación. Las versiones comerciales de Linux, las cuales son poco costosas cuando se comparan con el precio de otros sistemas operativos, también se pueden adquirir dentro de una variedad de fabricantes que ofrecen el código de Linux gratuitamente y aplican cargos por las características adicionales, por ejemplo, las herramientas, la interfaz GUI y la documentación. Por estas razones, Linux se ha vuelto un sistema operativo muy usado en muchos ambientes. Estudiantes y profesores han optado por Linux no sólo por sus avances técnicos, sino que también para participar en la comunidad global que se ha creado a partir de este sistema operativo. Esta comunidad invita a los usuarios de Linux y desarrolladores a contribuir con modificaciones y mejoras, además comparte de manera gratuita información acerca de Linux y asuntos relacionados. Aunque normalmente se considera a Linux como una plataforma de servidor, las empresas de software están generando aplicaciones para escritorio nuevas o modificando las que tienen para que puedan ser utilizadas en Linux. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 2.1.8. Sistemas operativos de red (NOS Netware Operating System) Un SO de red (NOS) está diseñado para trabajar en un servidor dedicado a proveer distintos servicios a otras computadoras de la red. Las otras computadoras se conocen como computadoras “cliente”, cada computadora que se conecta a un servidor de red debe ejecutar un software de cliente diseñado para solicitar un servicio específico. Por ej; si se conecta a un servidor para almacenar y recuperar archivos, la computadora debe contar con el software de cliente que le permite conectarse a ese servidor para ese propósito. Algunos de estos NOS más utilizados se enumeran a continuación: Windows NT Server, Windows 2000, Windows Server 2003, Netware de Novell, Unix para servidores, Linux para servidores 2.1.9. Sistemas operativos integrados Un SO integrado es aquel que esta integrado en los circuitos de los dispositivos electrónicos, a diferencia de un sistema operativo para PC, el cual reside en un disco magnético. Los sistemas operativos integrados se encuentran actualmente en una amplia variedad de dispositivos, incluyendo aparatos domésticos, automóviles, lectores de códigos de barras, teléfonos celulares, equipos médicos, asistentes digitales personales (PDA). Los sistemas operativos integrados más utilizados son: Windows XP Embedded, Windows CE .NET, Palm OS, Pocket PC OS, Symbian. 2.2. Programas traductores Los programas traductores son metaprogramas, toman como entrada un programa escrito en lenguaje simbólico alejado de la PC denominado programa fuente y proporcionan como salida otro programa equivalente escrito en un lenguaje comprensible por el hardware de la PC denominado programa objeto. En algunos casos, un programa objeto necesita antes de su ejecución una pequeña preparación y la inclusión de rutinas del propio lenguaje. Esta preparación la realiza un programa que complementa al traductor, denominado montador, produciéndose finalmente un programa listo para ser ejecutado que se denomina programa ejecutable. En la siguiente figura podemos ver el esquema general del proceso de traducción de un programa fuente a un programa ejecutable.
Existen tres tipos de programas traductores: los ensambladores, los compiladores y los intérpretes: 2.2.1. Programas ensambladores: Convierten programas fuente escritos en lenguajes simbólicos de bajo nivel (denominados lenguajes ensambladores o assemblers), en programas objeto, escritos en lenguaje máquina y ejecutables directamente por el hardware de la PC. La traducción del programa de usuario se efectúa de forma que cada instrucción en lenguaje fuente se transforma en una única instrucción en lenguaje objeto. Se puede decir que el lenguaje ensamblador es una simplificación simbólica del lenguaje máquina y el programa ensamblador es su traductor. 2.2.2. Programas compiladores: Transforma programas fuente escritos en lenguaje simbólico de alto nivel, en programas objeto escritos en lenguaje máquina. La traducción es directa, apareciendo un paso intermedio. Una característica fundamental de este tipo de traductores es que se realiza la traducción completa, y en el caso de no existir errores se pasa a la creación del programa objeto. La traducción del programa fuente se efectúa, además, de forma que cada instrucción del programa fuente se transforma en una o más instrucciones en el programa objeto. 2.2.3. Programas intérpretes: Convierten programas fuente escritos en lenguaje de alto nivel, programas objeto escritos en lenguaje máquina. En estos programas intérpretes la traducción se realiza de forma que después de transformar una instrucción del programa fuente en una o varias instrucciones en lenguaje máquina no esperan a traducir la siguiente instrucción, sino que inmediatamente la ejecutan. 3. Software de aplicaciones El software de aplicación desvía el enfoque de las computadora hacia las personas, porque está diseñado para ayudar a los usuarios a ser productivos, por esto este tipo de programas se conoce también como software de productividad”. Existen tantos tipos distintos de software de aplicación como tareas diferentes que se pueden realizar en una PC. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 3.1. Software Estándar y Software a Medida En los inicios de la Informática, y durante bastante tiempo, se diseñaba de forma específica y aislada todo el software que necesitaba cualquier entidad o empresa para cada actividad concreta que se debía realizar con una PC. Solamente las grandes organizaciones tenían la capacidad, el personal y las grandes computadoras (mainframes) necesarios para poder diseñar y disponer de estas aplicaciones, entre las cuales, se encuentran aplicaciones contables, financieras, estadísticas, control de inventarios, nóminas y otras muy diversas. Con el avance y desarrollo de las NNTT se han identificado algunas de estas aplicaciones de uso común en la mayoría de las organizaciones, como son el proceso de texto, hojas de cálculo, gráficos estadísticos, etc., de manera que los fabricantes han diseñado y puesto en el mercado aplicaciones a ser utilizadas por un gran número de usuarios y en diferentes sistemas. A estas aplicaciones de uso general se llaman software estándar, es decir, a aquellos programas que se pueden adquirir normalmente en establecimientos del ramo, dispuestos para su uso inmediato en una gran variedad de sistemas, sin necesitar la intervención de personal informático. 3.2. Aplicaciones estándar Son numerosas las aplicaciones estándar existentes en el mercado cubriendo una gran cantidad de actividades, desde juegos hasta sistemas de contabilidad y gestión de PYMES. En general, los programas se comercializan en disquetes o CDROM, acompañados de un Manual de Usuario y una Guía de Referencia, junto con un contrato de protección legal del copyright, de manera que un usuario no especializado en Informática puede instalarlas en su PC. Dentro de los programas que se compran se pueden distinguir los siguientes tipos: 3.2.1. Software comercial En esta categoría caen los programas que hay que pagar de alguna manera y pueden ser: Programas independientes: Son aplicaciones que hacen una sólo tipo de tareas, por Ej.; un programa de retoque fotográfico. Suite o “paquetes” de software: Son de uso frecuentes, por Ej.; procesadores de texto, planillas de cálculo, etc., se agrupan y se venden como “suite de software”. Ej.; Office de Microsoft, suite Corel para tratamiento de imágenes. Programas shareware: En gral. corresponden a herramientas específicas que se compran por pequeñas suma de dinero así el usuario puede probarlo. El mismo se habilita una cierta cantidad de días y que requiere su registración. 3.2.2. Software Freeware y software de dominio público Un software freeware es cualquier programa que se pone a disposición de los usuarios en forma gratuita. El usuario no lo paga para usar pero no es dueño del software. Tanto en el caso de software shareware y freeware, el autor original mantiene un interés de propiedad sobre el producto, así quien lo utiliza acepta los términos de una licencia que prohíbe que se hagan cambios al programa o venderlo a otra persona. En el caso del software de dominio público, el código fuente es gratuito y se puede utilizar para cualquier propósito y cualquier persona. 3.2.3. Software de código abierto (open source) Es un software de cualquier tipo cuyo código fuente está disponible para los usuarios en forma editable, así como las distintas bibliotecas de desarrollo que se utilizan. Los usuarios u otros desarrolladores de software pueden cambiar el código y personalizarlo siguiendo los lineamientos dados por el autor original. Este tipo de software se puede ofrecer en forma comercial o gratuita. Ej.; OpenOffice.org es una suite de aplicaciones de código abierto. 3.2.4. Software de Ofimática: El software estándar más difundido está compuesto por aplicaciones del área de la Ofimática (programas orientados a la gestión de datos en las oficinas), tales como: Procesador de textos Hoja electrónica de cálculo Programas de presentación Gestor de base de datos Programas para la planificación de proyectos Programas para la realización de gráficos 3.3. El software a medida Esta categoría de software queda constituido por las aplicaciones específicas que por corresponder a actividades más especializadas es necesario encargar a los profesionales del software, como puede ser un sistema de control de tráfico o un sistema de monitorización de pacientes en un hospital. Este tipo de software es más caro pues está dirigido a un solo cliente. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 4. Desarrollo o creación de software Cualquiera sea la categoría del software, para la creación del mismo se requiere que un programador codifique las instrucciones que representan la solución o programa que automatizará el procesamiento de los datos de un determinado problema para lograr un resultado determinado. Por Ej.; la gestión contable de una empresa, un monitor cardíaco, un video juego. Al repasar el concepto de programa y algunas de las extensiones más usuales de archivos de programas se podrán observar algunas cuestiones a tener presentes. 4.1. Qué es un programa de computadora? Un programa de cómputo es un conjunto de instrucciones o declaraciones (también conocidas como código) que debe realizar la CPU de una computadora. Los programas, o software, toman distintas formas. Hemos visto que los programas se pueden dividir en tres categorías principales: sistemas operativos, herramientas y aplicaciones. Un programa normalmente esta compuesto de un módulo principal y submódulos. Estos módulos están almacenados como un conjunto de archivos; los programas grandes pueden contener miles de archivos individuales, cada uno para un propósito especifico. Algunos de los archivos contienen instrucciones para la computadora mientras que otros archivos contienen datos. Para las PC basadas en Windows, algunas extensiones comunes para los archivos de programas son las siguientes: Archivos ejecutables. Un archivo ejecutable (.exe, .com) contiene los comandos que se envían al procesador. De hecho, cuando ejecutamos un programa, ejecutamos el archivo ejecutable. Los archivos ejecutables normalmente (pero no siempre) tienen la extensión .exe. Archivos de biblioteca dinámica de vinculos. Un archivo de biblioteca dinámica de vínculos (.dll) es un archivo .exe parcial. Un archivo .dll no puede ejecutarse por si mismo; sus comandos son accedidos por otro programa que esta ejecutándose. Se utilizan para dividir programas grandes en componentes pequeños que son reemplazables. Permiten que el programa completo sea más fácil de actualizar. Los archivos.dll pueden ser compartidos por distintos programas al mismo tiempo. Archivos de inicialización. Un archivo de inicialización (.ini) contiene información sobre configuraciones, por ejemplo, el tamaño y punto de inicio de una ventana, el color del fondo, el nombre del usuario y otros aspectos. Contienen información que los programas pueden utilizar cuando se ejecutan. Archivos de ayuda. Un archivo de ayuda (.hlp, .chm) contiene información en formato indexado y con vínculos cruzados. Se utilizan para proporcionar al usuario información de ayuda en línea. 4.2. Codificación de programas El término código se refiere a las declaraciones escritas en cualquier lenguaje de programación, por Ej.; en Java, Visual Basic ó Pascal. Las PCS operan en binario, por ello, las instrucciones del programa también estarán en binario. El lenguaje de programación se utiliza para escribir las instrucciones a la PC que luego serán traducidas al código de máquina. La codificación puede ser una tarea tediosa pero también muy emocionante. Es tediosa porque los lenguajes de programación, al igual que los idiomas, tienen un conjunto de reglas obligatorias. Si las personas cometen errores gramaticales, igual podrán comunicarse con otras personas, pero…esto no ocurre con este código. Para que pueda ejecutarse debe estar libre de errores de sintaxis. Además, la programación puede ser emocionante porque es una tarea creativa e implica siempre el desafío de resolver problemas. Los problemas pueden ser tan simple como calcular un valor o tan complejo como determinar la ruta de un satélite en órbita. 4.3. Metodologías de Programación Cuando un programador escribe un programa primero realiza un diseño de la solución, mediante un diagrama de flujo o un seudocódigo. Luego debe escribir las instrucciones en un lenguaje de programación, para ello puede seguir algunas de las metodologías más comunes, como son la “programación estructurada” o la “programación orientada a objetos”. Existen otros métodos o “paradigmas”, pero estos dos son los más utilizados: 4.3.1. Programación estructurada Esta metodología de programación surgió en los años 70. El nombre se refiere a la práctica de crear programas utilizando módulos pequeños que son fáciles de leer y entender. Las prácticas de la programación estructurada se pueden utilizar con cualquier lenguaje de programación. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Existen tres estructuras de control: La estructura secuencial define el flujo de control predeterminado de un programa. Ejecuta líneas de código en el orden en que fueron escritas. Las estructuras de selección utilizan construcciones de un flujo de programa especial llamadas declaraciones condicionales. Una declaración condicional es una prueba que determinará lo que hará a continuación el programa. Cuando el programa toma una decisión utilizando una declaración condicional, el flujo del programa frecuentemente se dirige en una de dos direcciones distintas. Las estructuras de repetición (ó estructuras de ciclo) están basadas en construcciones llamadas bucles. Un bucle es un fragmento de código que se repite una y otra vez hasta que se cumpla la condición de salida del bucle. Las estructuras mencionadas se visualizan en la siguiente imagen:
4.3.2. Programación orientada a objetos Los conceptos de la programación orientada a objetos, como por ejemplo, objetos y clases, pueden parecer abstractos al principio, pero para muchos programadores, la POO (programación orientada a objetos) ofrece una manera intuitiva de modelar el mundo. Las ventajas se traducen en programas más sencillos, una programación más rápida y reducción de las tareas de mantenimiento. Concepto de Objeto Si miramos alrededor nuestro podemos ver que estamos rodeados de objetos: libros, computadora, plantas, etc. En general, percibimos los objetos como una unidad (por ejemplo un auto), sin tener en cuenta los asientos, volante, etc. Pero, si tuviéramos que describir el objeto auto a otra persona, seguramente comenzaríamos describiendo sus atributos, por ejemplo, el color, tamaño, forma, velocidad y otros aspectos. Un atributo describe las características de un objeto. También podría decir lo que el auto puede hacer, es decir describir sus funciones. Por ejemplo, se mueve hacia delante, en reversa, abre las ventanas, y otras funciones. En conjunto, las funciones y los atributos definen al objeto. En la POO, todos los objetos tienen atributos y funciones que pueden encapsular (contener) otros objetos. Por ejemplo, el sistema de tracción, incluye un motor, transmisión, eje delantero y trasero. De manera que un objeto puede ser una unidad entera o un componente de otros objetos. La siguiente figura muestra un objeto auto, con atributos, funciones y otros objetos encapsulados.
En un programa se definen los objetos, que representan datos, y se definen las acciones ó métodos entre ellos para obtener los resultados deseados. Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 5. Lenguajes de programación Un lenguaje de programación es una notación para escribir programas, permiten la comunicación con el hardware y dar así las órdenes adecuadas para la realización de un determinado proceso. Un lenguaje está definido por una gramática o conjunto de reglas que se aplican a un alfabeto constituido por el conjunto de símbolos utilizados. Actualmente, los programadores pueden elegir entre muchas herramientas de desarrollo que difieren en capacidad, flexibilidad y facilidad de uso. Sin embargo, a pesar de sus diferencias, la mayoría de los lenguajes de programación comparten una característica: cada lenguaje de programación requiere que el programador siga un conjunto de reglas muy estrictas. En general, los lenguajes de programación requieren que los desarrolladores: Proporcionen información en un orden y estructura específicos Utilicen símbolos especiales Utilicen puntuaciones (en algunos casos) Estas reglas se conocen como la sintaxis del lenguaje de programación y pueden variar de un lenguaje a otro. Ejemplo de código en el lenguaje C:
5.1. Clasificación de los lenguajes de programación Cientos de lenguajes de programación se usan en todo el mundo. Algunos son altamente especializados y se usan solamente en una rama de la ciencia o la industria, mientras que otros son bien conocidos y se utilizan en muchos lugares. Algunos lenguajes son obsoletos y únicamente se utilizan para mantener los sistemas más viejos, mientras que otros son tan nuevos que muchos programadores no lo conocen. Debido a esta diversidad se pueden establecer distintos criterios para clasificar los lenguajes de programación. Sin embargo, los lenguajes de programación se agrupan normalmente de acuerdo a su historia evolutiva, en tres categorías o niveles. El nivel hace referencia a lo próxima que la forma de expresar las sentencias esté al hombre (o sea, al lenguaje natural), o a la máquina (el lenguaje de unos y ceros de los circuitos electrónicos). • Lenguajes de bajo nivel (máquina) • Lenguajes intermedios (ensambladores) • Lenguajes de alto nivel (evolucionados) 5.1.1. Lenguaje máquina El lenguaje máquina es el único que entiende directamente la computadora. Utiliza el alfabeto binario, que consta de los dos únicos símbolos 0 y 1, denominados bits (abreviatura inglesa de dígitos binarios). Fue el primer lenguaje utilizado en la programación de computadoras, pero dejó de utilizarse por su dificultad y complicación, siendo sustituido por otros lenguajes más fáciles de aprender y utilizar, que además reducen la posibilidad de cometer errores. Generalmente, en la codificación de los programas, se empleaba el sistema hexadecimal para simplificar el trabajo de escritura. Ejemplo: Instrucciones en lenguaje máquina y sus equivalentes en sistema hexadecimal.
5.1.2. Lenguaje ensamblador El lenguaje ensamblador es el primer intento de sustituir el lenguaje máquina por otro más fácil de usar por las personas. En este lenguaje cada instrucción equivale a una instrucción en lenguaje máquina, utilizando para su escritura palabras mnemotécnicas en lugar de cadenas de bits. Ejemplo: Instrucciones en lenguaje ensamblador:
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II Este lenguaje presenta la mayoría de los inconvenientes del lenguaje máquina: Cada modelo de computadora tiene un lenguaje ensamblador propio diferente de los demás, por lo cual un programa sólo puede utilizarse en la máquina para la que se programó. El programador tiene que conocer perfectamente el hardware del equipo, ya que maneja directamente las posiciones de memoria, registros del procesador y demás elementos físicos. Todas las instrucciones son elementales, es decir, en el programa se deben describir con el máximo detalle todas las operaciones que se han de efectuar en la máquina para la realización de cualquier proceso. Por otro lado, tanto el lenguaje máquina como el ensamblador tienen la ventaja de mínima ocupación de memoria y mínimo tiempo de ejecución en comparación con el resultado de la compilación del programa equivalente escrito en otros lenguajes. 5.1.3. Lenguajes de alto nivel Los lenguajes de alto nivel, también denominados lenguajes evolucionados, fueron diseñados para que la programación sea más sencilla. Se llaman de alto nivel porque la sintaxis requerida es más parecida al idioma humano que al de la máquina. Además, persiguen otros objetivos, entre otros: 1. Lograr independencia de la máquina, pudiendo utilizar un mismo programa en diferentes equipos con la única condición de disponer de un programa traductor o compilador que permita obtener el programa ejecutable en lenguaje binario de la máquina que se trate. 2. Aproximarse al lenguaje natural, para que el programa se pueda escribir y leer de una forma más sencilla. 3. Incluir rutinas de uso frecuente, como las de entrada/salida, funciones matemáticas, manejo de tablas, etc., que figuran en una especie de librería del lenguaje, de manera que se puedan utilizar siempre que se quiera sin necesidad de programarlas cada vez. 5.2. Generaciones de lenguajes de programación Los lenguajes de programación son discutidos con frecuencia, en término de generaciones. Las últimas generaciones incluyen lenguajes que son más fáciles de usar y más poderosos. Atendiendo a esta clasificación, los lenguajes de máquina o de bajo nivel, corresponden a la primera generación y los ensambladores a la segunda generación. Los lenguajes de alto nivel comenzaron con la tercera generación: 5.2.1. Lenguajes de tercera generación (3GL): Los lenguajes de tercera generación hacen que sea más fácil escribir programas y permiten que los programadores compartan el desarrollo. Algunos lenguajes de tercera generación y sus características son: C: En un lenguaje poderoso que produce código rápido y eficiente. Es de propósito general, es decir, capaz de resolver cualquier tipo de problema. Es muy usado entre los desarrolladores profesionales. C++: Es la implementación orientada a objetos de C, mantiene su característica de poderoso y eficiente. Es utilizado por las empresas desarrolladoras de software. Java: Es un entorno de programación orientado a objetos para crear programas que funcionen en distintas plataformas. Nación como un entorno de programación para Internet, con facilidades para crear programas interactivos y dinámicos para páginas Web, denominados Applets. Luego se extendió a programas que no se ejecutaran en un navegador. ActiveX: La respuesta de Microsoft a Java fue ActiveX. El código de ActiveX crea funciones autocontenida similares a los applets de Java, que pueden ser accedidas y ejecutadas por cualquier otro programa compatible con ActiveX. 5.2.2. Lenguajes de cuarta generación (4GL): Los lenguajes de cuarta generación son más fáciles de usar que los de tercera generación. Puede presentarse como entorno de texto o entorno visual. En un entorno de texto, el programador utiliza palabras del idioma inglés para generar el código, normalmente una sola declaración de un lenguaje 4GL puede realizar las mismas tareas que varias líneas de un lenguaje 3GL. En un entorno visual 4GL, el programador utiliza barras de herramientas para arrastrar y soltar distintos elementos como, por ejemplo, botones, etiquetas y cuadros de texto con el fin de crear una definición visual de una aplicación (por ejemplo, el diseño de la pantalla que se ofrece al usuario). Una vez realizado este diseño, el programador puede asignar acciones a los objetos de la pantalla. Por ejemplo, puede colocar un botón en la pantalla y asignarle la acción “abrir tabla de clientes”. La mayoría de los 3GL y 4GL, permiten que el programador trabaje en un entorno de desarrollo integrado o IDE (por sus siglas en inglés). Los IDE ofrecen todas las herramientas necesarias para desarrollar aplicaciones. Visual Studio de Microsoft y Java Studio de Sun, son dos IDE profesionales. Entre los lenguajes de cuarta generación se incluyen: Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II .NET: es el nuevo producto de Microsoft en el mundo de la programación. Combina varios lenguajes de programación en un IDE. Los lenguajes incluidos son: Visual Basic, c++, C# y J#. Este entorno permite escribir programas para Windows, para la Web y para Pocket PC (versión de Windows para PDAs). Entornos de autoría: Son herramientas de programación de propósitos especiales para crear aplicaciones multimedia, programas de capacitación por computadora, páginas Web y otras aplicaciones. Un ejemplo es el programa Macromedia Director que utiliza el lenguaje de secuencia de comandos Lingo. Permite crear productos multimedia combinando clips musicales, texto, animación, imágenes y otros elementos. Los programas que se utilizan para crear páginas Web caen en esta categoría: Microsoft Frontpage, Netscape Visual JavaScript, etc. 5.2.3. Lenguajes de quinta generación: Los expertos no están de acuerdo en la definición de esta generación, algunos consideran que los entornos de autoría más avanzados caerían en esta categoría. Otros consideran que un 5GL debería utilizar técnicas de inteligencia artificial. 5.3. Lenguajes de desarrollo de la WWW (Word Wide Web) Pocos componentes tecnológicos han afectado la cultura como Internet y la WWW, como veremos el tema siguiente en esta materia. Internet ha evolucionado de mensajes simples a sitios Web complejos, visuales e interactivos. De la misma manera, las herramientas de desarrollo que se relacionan con la Web han evolucionado en poder y capacidades. Por tanto, al hablar de programación y desarrollo, hay tener en cuenta estas herramientas: 5.3.1. Lenguaje de marcación de hipertexto (HTML). Se utiliza para crear documentos para la Web. La estructura de una página Web utiliza atributos y etiquetas. Las etiquetas proporcionan vínculos otra parte del documento o a otro documento. Permiten también insertar imágenes y otros elementos multimedia. En realidad por la simplicidad del HTML no se lo considera un lenguaje de programación. Otras herramientas de desarrollo para la Web son: Dreamweaver, Flash, Director, todos de la empresa Macromedia. 5.3.2. Lenguajes de secuencias de comandos HTML crea páginas Web con mucho atractivo visual pero de tipo estáticas. Esto quiere decir, que su contenido no se modifica. Es apropiada para documentos que no cambian casi nunca, por ejemplo, la información institucional de una empresa u organización. Pero, si la página Web tiene que mostrar, por ejemplo, la temperatura de la ciudad, no puede ser estática. Para visualizar estos valores cambiantes se utilizan los lenguajes de secuencia de comandos. Existen distintos lenguajes de secuencia de comandos para la Web. Estos lenguajes tienen la capacidad de crear páginas Web dinámicas. Las páginas dinámicas pueden cambiar de acuerdo con la información que proporcionan al usuario. En los sitios de venta de productos, un lenguaje de secuencia de comandos lee una base de datos para desplegar los productos. Entre estas herramientas se encuentran: JavaScript: Está diseñado para trabajar dentro del HTML. Permite la verificación de páginas, animaciones sencillas y cálculos. Páginas de Active Server (ASP): Es el producto de Microsoft para páginas Web dinámicas. ASP se basa en Visual Basic y es particularmente apropiado para bases de datos Microsoft. Funciona sólo en servidores Windows. La versión actual es ASP.NET. Preprocesador de hipertexto (PHP): Se ejecuta en servidores UNIX/Linux ó Windows. PHP es adecuado para acceder a bases de datos Oracle o MySQL. El compilador y el software se ofrecen como open source, lo cual hace que su uso sea gratuito. 5.4. Paradigmas de programación Un paradigma de programación es una colección de modelos conceptuales que modelan el proceso de diseño y determinan la estructura de un programa. Esa estructura conceptual de modelos está pensada de forma que esos modelos determinan la forma correcta de los programas y controlan el modo en que se formulan las soluciones. Para que este proceso sea efectivo las características del lenguaje deben reflejar adecuadamente los modelos conceptuales de ese paradigma. Cuando un lenguaje refleja bien un paradigma particular, se dice que soporta el paradigma. 5.4.1. Tipos de paradigmas Se agrupan en tres categorías de acuerdo con la solución que aportan para resolver el problema: Docente a Cargo: Arq. Susana M. TURRACA Prof. para el 3º ciclo del EGB y el Nivel Polimodal en Tecnología
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INSTITUTO DE FORMACIÓN DOCENTE “JOSÉ MANUEL ESTRADA” Tecnología de la Información y la Comunicación I y II 5.4.1.1. Lenguajes imperativos o procedurales: Utilizan instrucciones como unidad de trabajo de los programas (COBOL, PASCAL, C, ADA). La mayoría de los lenguajes son de este tipo. 5.4.1.2. Lenguajes funcionales o lógicos: Basados en la definición de funciones o relaciones. No utilizan instrucciones de asignación (sus variables no almacenan valores). Los programas están formados por una serie de definiciones de funciones (Lenguajes funcionales, como LISP) o de predicados ó expresiones lógicas (Lenguajes de programación lógica, como PROLOG). 5.4.1.3. Lenguajes orientados a objetos. Los programas se descomponen en objetos que implementan parte del sistema encapsulando los datos que almacenan su estado junto con los métodos que se utilizan para acceder a ellos. De este modo, las distintas partes del programa son menos dependiente entre sí, lo que facilita el mantenimiento de las aplicaciones. (Lenguajes SMALLTALK, C++, Java).
Bibliografía Esta información ha sido extraída puramente del material en línea que entrega a sus alumnos la Cátedra Introducción a la Informática de Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura del Departamento de Informática http://exa.unne.edu.ar/informatica/introduccion/public_html/material.html Allí podrán encontrar otros materiales muy útiles a la hora de encarar ciertos temas en los espacios de TIC.
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