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Sistemas de Computación

Este documento está siendo editado, cada tanto vuelva a descargar con las actualizaciones agregadas. Fecha de versión final: 10/12/16 Unidad 1: INFORMÁTICA Y ESTRUCTURA DEL COMPUTADOR Concepto de Informática: El término informática proviene del francés informatique, implementado por el ingeniero Philippe Dreyfus a comienzos de la década del ’60. La palabra es, a su vez, un acrónimo de information (información) y automatique (automático). De esta forma, la informática se refiere al procesamiento automático de información mediante dispositivos electrónicos y sistemas computacionales. La informática, entonces, ayuda al ser humano en la tarea de potenciar las capacidades de comunicación, pensamiento y memoria. Su área de aplicación no tiene límites: la informática se utiliza en la gestión de negocios, en el almacenamiento de información, en el control de procesos, en las comunicaciones, en los transportes, en la medicina y en muchos otros sectores. La informática abarca también los principales fundamentos de las ciencias de la computación, como la programación para el desarrollo de software, la arquitectura de las computadoras y del hardware, las redes como Internet y la inteligencia artificial. Incluso se aplica en varios temas de la electrónica. Software El software es un conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas que permiten ejecutar distintas tareas en una computadora. Se considera que el software es el equipamiento lógico e intangible de un ordenador. Funciones del software:  Administrar los recursos de computacionales  Proporcionar las herramientas para optimizar estos recursos.  Actuar como intermediario entre el usuario y la información almacenada. Tipos de Software:  Software del sistema: Es un conjunto de programas que administran los recursos de la computadora. Ejemplos: Unidad central de proceso, dispositivos de comunicaciones y dispositivos periféricos, el software del sistema administra y controla al acceso del hardware.  Software de aplicaciones: Programas que son escritos para o por los usuarios para realizar una tarea especifica en la computadora. Ejemplo: software para procesar un texto, para generar una hoja de cálculo, el software de aplicación debe estar sobre el software del sistema para poder operar.  Software de usuario final: Es el software que permiten el desarrollo de algunas aplicaciones directamente por los usuarios finales, el software del usuario final con frecuencia tiene que trabajar a través del software de aplicación y finalmente a través del software del sistema Hardware El Hardware está integrado por los elementos físicos y tangibles de una computadora, tanto los que están a la vista (teclado, impresora, monitor, mouse, scanner, etc.) como los que se encuentran dentro del gabinete (disco rígido, memoria, microprocesador, etc.), estos dispositivos y componentes físicos permiten realizar las tareas de entrada y salida. También se conoce al hardware como la parte dura o física del computador. Sistemas de computación Un sistema informático es un sistema que permite almacenar y procesar información; es el conjunto de partes interrelacionadas: hardware, software y personal informático. El hardware

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incluye computadoras o cualquier tipo de dispositivo electrónico, que consisten en procesadores, memoria, sistemas de almacenamiento externo, etc. El software incluye al sistema operativo, firmware y aplicaciones, siendo especialmente importante los sistemas de gestión de bases de datos. Por último, el soporte humano incluye al personal técnico que crean y mantienen el sistema (analistas, programadores, operarios, etc.) y a los usuarios que lo utilizan. Unidades de medida de cantidad de información Usamos los metros para medir las longitudes, usamos los litros para medir capacidades, cuando necesitamos medir peso, utilizamos los gramos y al tiempo, lo medimos en horas, minutos y segundos. Para medir la capacidad de almacenamiento de información, utilizamos los Bytes. Dentro de la computadora la información se almacena y se transmite en base a un código que sólo usa dos símbolos, el 0 y el 1, y a este código se le denomina código binario. Todas las computadoras reducen toda la información a ceros y unos, es decir que representan todos los datos, procesos e información con el código binario, un sistema que denota todos los números con combinaciones de 2 dígitos. Es decir que el potencial de la computadora se basa en sólo dos estados electrónicos: encendido y apagado. Las características físicas de la computadora permiten que se combinen estos dos estados electrónicos para representar letras, números y colores. Un estado electrónico de "encendido" o "apagado" se representa por medio de un bit (es la mínima unidad de información). La presencia o la ausencia de un bit se conoce como un bit encendido o un bit apagado, respectivamente. En el sistema de numeración binario y en el texto escrito, el bit encendido es un 1 y el bit apagado es un 0. Las computadoras cuentan con software que convierte automáticamente los números decimales en binarios y viceversa. El procesamiento de número binarios de la computadora es totalmente invisible para el usuario humano. Para que las palabras, frases y párrafos se ajusten a los circuitos exclusivamente binarios de la computadora, se han creado códigos que representan cada letra, dígito y carácter especial como una cadena única de bits. El código más común es el ASCII (American Standard Code for Information Interchange, Código estándar estadounidense para el intercambio de información). Un grupo de bits puede representar colores, sonidos y casi cualquier otro tipo de información que pueda llegar a procesar un computador. La computadora almacena los programas y los datos como colecciones de bits. Hay que recordar que los múltiplos de mediciones digitales no se mueven de a millares como en el sistema decimal, sino de a 1024 (que es una potencia de 2, ya que en el ámbito digital se suelen utilizar sólo 1 y 0, o sea un sistema binario o de base 2). La siguiente tabla muestra la relación entre las distintas unidades de almacenamiento que usan las computadoras. Los cálculos binarios se basan en unidades de 1024.

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En informática, cada letra, número o signo de puntuación ocupa un byte (8 bits, unidad básica de almacenamiento). Por ejemplo, cuando se dice que un archivo de texto ocupa 5.000 bytes estamos afirmando que éste equivale a 5.000 letras o caracteres. Ya que el byte es una unidad de información muy pequeña, se suelen utilizar sus múltiplos: kilobyte (kB), megabyte (MB), gigabyte (GB), etc. Estructura de un Computador: Componentes Principales Actualmente la mayoría de los ordenadores siguen la misma arquitectura. Este esquema es conocido como Arquitectura de Von Neumann y es bastante antigua (más de 60 años). Se llama así gracias a la persona que la inventó: John Von Neumann. Es la arquitectura base de la mayoría de los ordenadores (incluyendo a todos los ordenadores personales) pero no, su esquema completo, ya que (con el paso del tiempo) se han ido incluyendo nuevas tecnologías a esta arquitectura.

Como se puede observar, los elementos principales y realmente necesarios para un ordenador no son muchos. Hablemos un poco de cada uno de estos elementos:  Memoria Principal: es la memoria donde se guardan las instrucciones de los programas en ejecución y los datos que usan dichos programas. Es una memoria volátil, lo que significa que cuando se quita la alimentación (se apaga el ordenador) se borra todo lo que contiene dicha memoria. Por eso sólo se puede usar para contener los programas en ejecución. Cuando ejecutamos un programa, este programa se carga en la memoria principal y se procede a su ejecución.  CPU (Unidad Central de Procesamiento): sin este componente no podrían existir los ordenadores. La CPU es la que se encarga de realizar todas las operaciones que realiza el ordenador. Es quién interpreta los programas informáticos y realiza el procesado de los datos. Comúnmente se conoce como Microprocesador y, a la hora de adquirir un ordenador, es en lo que más atención ponemos en cuanto a velocidad. Cuanto más rápido sea un microprocesador, más operaciones podrá realizar en un mismo intervalo de tiempo. En los ordenadores personales lo más habitual es encontrar CPU's de las marcas Intel y AMD. Como se puede observar en el gráfico, el CPU se compone, a su vez, de tres partes: o Registros: son memorias de alta velocidad y muy poca capacidad integradas en la CPU. Es importante entender que la operación de escritura en una memoria requiere de un cierto tiempo y estas memorias sirven para guardar las operaciones que se hacen, con lo que la velocidad con la que se puede escribir en estas memorias debe estar acorde con la velocidad con la que la CPU hace operaciones. o ALU (Unidad Aritmético-Lógica): es un circuito que realiza las operaciones necesarias. Es capaz de realizar operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (comparaciones si o no, etc.).

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o Unidad de Control: Este componente es el que se encarga de buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas e interpretarlas para indicarle a la ALU la operación que ha de realizar.  Sistema de entrada/salida: para hacer útil un ordenador, es indispensable poder introducir y sacar la información procesada por la CPU y que nos sea útil. Procesadores El procesador es el cerebro de una computadora, y además, el componente más complejo y frecuentemente más caro, encargado de procesar toda la información. Prácticamente, todo pasa por él, ya que es el responsable de ejecutar todas las instrucciones existentes. Mientras más rápido sea el procesador, más rápido serán ejecutadas las instrucciones. Es el componente donde es usada la tecnología más reciente. Los mayores productores de procesadores en el mundo, son grandes empresas con tecnología para fabricar procesadores competitivos para computadoras: Intel (que domina el mercado), AMD, Vía e IBM. Algunos de los modelos más modernos, y los cuales cuentan con la tecnología más avanzada de la actualidad son el Intel Core Sandy Bridge en sus variantes i3, i5 e i7, el AMD Fusion y FX, los cuales pueden incorporar hasta 8 núcleos. Los procesadores se usan en las computadoras, pero es bueno aclarar que también están presentes en otros dispositivos electrónicos, incluso en tu celular, y en muchos de los aparatos electrónicos utilizados actualmente.

Tipos de memoria: Característica La memoria de acceso aleatorio (en inglés: random-access memory), se utiliza como memoria de trabajo para el sistema operativo, los programas y la mayoría del software. Es allí donde se cargan todas las instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades de cómputo. Se denominan "de acceso aleatorio" porque se puede leer o escribir en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para cualquier posición, no siendo necesario seguir un orden para acceder a la información de la manera más rápida posible. Hay dos tipos básicos de memoria RAM  RAM dinámica (DRAM)  RAM estática (SRAM) Los dos tipos de memoria RAM se diferencian en la tecnología que utilizan para guardar los datos, la memoria RAM dinámica es la más común. La memoria RAM dinámica necesita actualizarse miles de veces por segundo, mientras que la memoria RAM estática no necesita actualizarse, por lo que es más rápida, aunque también más cara. Ambos tipos de memoria RAM son volátiles, es decir, que pierden su contenido cuando se apaga el equipo. La memoria RAM está destinada al almacenamiento de información temporal que será utilizada por el procesador para realizar cálculos u otro tipo de operaciones lógicas. En el espacio de direcciones de memoria RAM se ubican además los registros de trabajo del procesador y los de configuración y trabajo de los distintos periféricos del microcontrolador. A continuación se describen las cinco tecnologías existentes, que mayor utilización tienen o han tenido:  Máscara ROM (Read-Only Memory – Memoria de Solo Lectura): en este caso no se “graba” el programa en memoria sino que el microcontrolador se fabrica con el programa. El costo inicial de producir un circuito de este tipo es alto, porque el diseño y producción

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de la máscara es un proceso costoso, sin embargo, cuando se necesitan varios miles o incluso cientos de miles de microcontroladores para una aplicación determinada, como por ejemplo, algún electrodoméstico, el costo inicial de producción de la máscara y el de fabricación del circuito se distribuye entre todos los circuitos de la serie y, el costo final de ésta, es bastante menor que el de sus semejantes con otro tipo de memoria. Memoria PROM (Programable Read-Only Memory - Memoria de Solo Lectura Programable): también conocida como OTP (One Time Programable – Programable Solo Una Vez). Este tipo de memoria, también es conocida como PROM o simplemente ROM. Los microcontroladores con memoria OTP se pueden programar una sola vez, con algún tipo de programador. Se utilizan en sistemas donde el programa no requiera futuras actualizaciones y para series relativamente pequeñas, donde la variante de máscara sea muy costosa, también para sistemas que requieren socialización de datos, almacenados como constantes en la memoria de programas. Memoria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory - Memoria de Solo Lectura Reprogramable): los microcontroladores con este tipo de memoria son muy fáciles de identificar porque su encapsulado es de cerámica y llevan encima una ventanita de vidrio desde la cual puede verse la oblea de silicio del microcontrolador. Se fabrican así porque la memoria EPROM es reprogramable, pero antes debe borrase, y para ello hay que exponerla a una fuente de luz ultravioleta, el proceso de grabación es similar al empleado para las memorias OTP. Al aparecer tecnologías menos costosas y más flexibles, como las memorias EEPROM y FLASH, este tipo de memoria han caído en desuso, se utilizaban en sistemas que requieren actualizaciones del programa y para los procesos de desarrollo y puesta a punto. EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory - Memoria de Solo Lectura Electrónicas Reprogramables): fueron el sustituto natural de las memorias EPROM, la diferencia fundamental es que pueden ser borradas eléctricamente, por lo que la ventanilla de cristal de cuarzo y los encapsulados cerámicos no son necesarios. Al disminuir los costos de los encapsulados, los microcontroladores con este tipo de memoria se hicieron más baratos y cómodos para trabajar que sus equivalentes con memoria EPROM. Memoria Flash: En el campo de las memorias reprogramables para microcontroladores, son el último avance tecnológico en uso a gran escala, y han sustituido a los microcontroladores con memoria EEPROM. A las ventajas de las memorias flash se le adicionan su gran densidad respecto a sus predecesoras lo que permite incrementar la cantidad de memoria de programas a un costo muy bajo. Pueden además ser programadas con las mismas tensiones de alimentación del microcontrolador, el acceso en lectura y la velocidad de programación es superior, disminución de los costos de producción, entre otras.

ROM-BIOS El BIOS (sigla en inglés de Basic Input/Output System; en español "sistema básico de entrada y salida") y posee una parte hardware y una parte software. La parte software localiza y reconoce todos los dispositivos necesarios para cargar el sistema operativo en la memoria RAM; es un software muy básico instalado en la placa base que permite que ésta cumpla su cometido. Proporciona el funcionamiento y configuración del hardware del sistema que, como mínimo, maneja el teclado y proporciona una salida básica (emitiendo pitidos normalizados por el altavoz de la computadora si se producen fallos) durante el arranque. El BIOS usualmente está escrito en lenguaje ensamblador.

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El BIOS es un sistema básico de entrada/salida que normalmente pasa inadvertido para el usuario. Se encarga de encontrar el sistema operativo y cargarlo en la memoria RAM. Posee un componente de hardware (es un chip donde vienen grabadas las instrucciones básicas para que un ordenador pueda arrancar) y otro de software; este último brinda una interfaz generalmente de texto que permite configurar varias opciones del hardware instalado en el PC, como por ejemplo el reloj, o desde qué dispositivos de almacenamiento iniciará el sistema operativo (Microsoft Windows, GNU/Linux, Mac OS X, etc.). El BIOS gestiona al menos el teclado de la computadora, proporcionando incluso una salida bastante básica en forma de sonidos por el altavoz incorporado en la placa base cuando hay algún error, como por ejemplo un dispositivo que falla o debería ser conectado. Estos mensajes de error son utilizados por los técnicos para encontrar soluciones al momento de armar o reparar un equipo. El BIOS antiguamente residía en memorias ROM o EPROM pero desde mediados de los 90 comenzó a utilizarse memorias flash que podían ser actualizadas por el usuario. Es un programa tipo firmware. El BIOS es una parte esencial del hardware que es totalmente configurable y es donde se controlan los procesos del flujo de información en el bus del ordenador, entre el sistema operativo y los demás periféricos. También incluye la configuración de otros aspectos importantes en una computadora. Conexión externa de la PC: tipos de puertos Un puerto es un canal de comunicación por el que circulan los datos que intercambian la placa base y los periféricos. Llamamos puertos externos a todos los conectores que permiten la unión con los dispositivos externos al equipo: pantalla, teclado, ratón, impresora, etc. Para que el microprocesador y la memoria puedan comunicarse con los periféricos, es necesario una serie de “caminos”, llamados puertos. Existen muchos puertos y estos son algunos de los que se destacan: Puerto Paralelo: el puerto paralelo integrado usa un conector tipo D subminiatura de 25 patas en el panel posterior del sistema. Este puerto de E/S envía datos en formato paralelo. El puerto paralelo se utiliza principalmente para impresoras. La designación predeterminada del puerto paralelo integrado del sistema es LPT1. Puerto de Serie: el término serie quiere decir que la comunicación con este tipo de conector se realiza sólo en una dirección: o envío, o recepción de datos, pero no las dos al mismo tiempo, ya que envía los datos uno detrás de otro. Generalmente hoy en día, solo se lo puede encontrar en placas base antiguas y aparece como puerto COM1. Puerto PS/2: una placa base suele contener dos, en los que se conectan el teclado y el ratón. Son conectores de tipo mini-DIN de seis patillas. Su nombre viene del uso que se le daba en los antiguos ordenadores de IBM PS/2 (Personal System/2). Puerto USB (Universal Serial Bus): este tipo de puertos de gran velocidad son pequeños, con una forma alargada y estrecha. Permiten la conexión en “caliente” de dispositivos que soportan este estándar. Suministran al periférico de energía sin tener que estar conectado éste a la red eléctrica, permite un cableado de hasta 5 metros de longitud. Puerto para juegos o MIDI: a este puerto se conectan joysticks y mandos de juegos, aunque también permite la conexión de dispositivos de audio como teclados MIDI. Está situado en la tarjeta de sonido, y tiene 15 patillas. Conectores de audio minijack: pueden ir incluidos también en la placa base, y suelen ser estéreo, siendo los más habituales los de entrada y/o salida de línea, entrada de micrófono y salida de altavoces. Este tipo de conector es el estándar más extendido entre los dispositivos de audio portátiles (discmans, reproductores de mp3, grabadoras, etc.) y en ordenadores. Conector VGA: es un conector estándar de la tarjeta gráfica, de 15 pines, y que se utiliza para conectar el monitor.

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DVI: es una salida de video digital, en la que la señal no pierde calidad, con lo que es perfecto para dispositivos que lo aceptan, ya que aprovechamos al máximo la calidad de la imagen digital. Puerto HDMI (High Definition Multimedia Interface): este tipo de puerto nos permite conectar una pantalla con nuestra computadora, y una de sus principales características es que brinda la posibilidad de transmitir video de alta definición, es decir 1080p o más, y se conecta a la placa de video de la PC. Además, el estándar HDMI no sólo transporta video, sino que también transporta audio, es por ello que actualmente es el tipo de conexión elegida también para conectar diversos dispositivos a grandes pantallas de televisión. Puertos de audio: la conexión de audio es la común que se puede ver en teléfonos, reproductores de MP3 y dispositivos parecidos, que es un plug de 1/8, con el que solamente se pasa el audio y es exclusivamente de salida, ya sea hacia bocinas externas en la computadora, hacia un par de audífonos o hacia algún sistema de teatro en casa. Dispositivos periféricos: clasificación Se denomina periféricos a los aparatos o dispositivos auxiliares e independientes conectados a la unidad central de procesamiento de una computadora. Se consideran periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal. Los periféricos pueden clasificarse en 5 categorías principales:  Periféricos de entrada: captan, y digitalizan los datos de ser necesario, introducidos por el usuario o por otro dispositivo y los envían al ordenador para ser procesados. Algunos periféricos de entrada son: teclado, mouse, lápiz óptico, scanner, Joystick, cámara digital, micrófono, etc.  Periféricos de salida: son dispositivos que muestran o proyectan información hacia el exterior del ordenador. La mayoría son para informar, alertar, comunicar, proyectar o dar al usuario cierta información, de la misma forma se encargan de convertir los impulsos eléctricos en información legible para el usuario. Algunos periféricos de salida son: monitor, impresora, parlantes, etc.  Periféricos de entrada/salida (E/S): sirven básicamente para la comunicación de la computadora con el medio externo. Los periféricos de entrada/salida son los que utiliza el ordenador tanto para mandar como para recibir información. Su función es la de almacenar o guardar de forma permanente o virtual todo aquello que hagamos con el ordenador para que pueda ser utilizado por los usuarios u otros sistemas. Algunos periféricos de entrada/salida son: multifunción, monitor con pantalla táctil, auricular con micrófono, etc.  Periféricos de almacenamiento: son los dispositivos que almacenan datos e información por bastante tiempo. La memoria de acceso aleatorio no puede ser considerada un periférico de almacenamiento, ya que su memoria es volátil y temporal. Algunos periféricos de almacenamiento son: disco duro, cintas magnéticas, CD, DVD, discos flexibles, pendrive, etc.  Periféricos de comunicación: son los periféricos que se encargan de comunicarse con otras máquinas o computadoras, ya sea para trabajar en conjunto, o para enviar y recibir información. Algunos periféricos de comunicación son: placa de red, modem, router, etc. Copia de seguridad Una copia de seguridad, "copia de respaldo" o también llamado "backup", es una copia de los datos originales que se realiza con el fin de disponer de un medio para recuperarlos en caso de su pérdida. Las copias de seguridad son útiles ante distintos eventos y usos: recuperar los sistemas informáticos y los datos de una catástrofe informática, natural o ataque; restaurar una pequeña cantidad de archivos que pueden haberse eliminado accidentalmente, corrompido, infectado por un virus informático u otras causas; guardar información histórica de forma más

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económica que los discos duros y además permitiendo el traslado a ubicaciones distintas de la de los datos originales; etc. El proceso de copia de seguridad se complementa con otro proceso conocido como restauración de los datos (en inglés restore), que es la acción de leer y grabar en la ubicación original u otra alternativa los datos requeridos. La pérdida de datos es muy común, el 66% de los usuarios de Internet han sufrido una seria pérdida de datos en algún momento. Ya que los sistemas de respaldo contienen por lo menos una copia de todos los datos que son importantes salvar, deben de tenerse en cuenta los requerimientos de almacenamiento. La organización del espacio de almacenamiento y la administración del proceso de efectuar la copia de seguridad son tareas complicadas. Para brindar una estructura de almacenamiento es conveniente utilizar un modelo de almacenaje de datos. Actualmente, existen muchos tipos diferentes de dispositivos para almacenar datos que son útiles para hacer copias de seguridad, cada uno con sus ventajas y desventajas a tener en cuenta para elegirlos, como duplicidad, seguridad en los datos y facilidad de traslado. Los backups también incluyen técnicas para trabajar con archivos abiertos y fuentes de datos en uso y procesos de compresión, cifrado, y procesos de duplicación, entendiéndose por esto último a una forma específica de compresión donde los datos superfluos son eliminados. La configuración de una arquitectura redundante asegura que los datos del sistema estarán disponibles pero no los protege contra errores introducidos por los usuarios o contra desastres naturales como incendios, inundaciones o incluso terremotos.

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