Tema 1 - Desarrollo de Aplicaciones Informáticas (DAI)

Medios Informáticos y Comunicaciones - Introducción a la informática
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SISTEMAS INFORMÁTICOS
1. SISTEMA INFORMÁTICO .................................................................................... 1
2. EL ORDENADOR ................................................................................................... 2
3. DESCRIPCIÓN DEL ORDENADOR ..................................................................... 2
3.1. Unidad Central de Proceso (CPU)..................................................................... 2
1. Unidad de control (UC). ............................................................................... 3
2. Unidad aritmético-lógica (ALU). ................................................................. 3
3. Memoria central o memoria principal (MC o MM....................................... 3
La CPU de los Ordenadores Personales (PC): El microprocesador ..................... 4
3.2. Buses.................................................................................................................. 8
3.3. Registros ............................................................................................................ 8
3.4. La memoria........................................................................................................ 9
4. PERIFÉRICOS ....................................................................................................... 10
1. INTRODUCCIÓN
Informática. La informática es la ciencia que estudia el tratamiento de la
información, abarcando su codificación y su utilización, buscando los mejores
sistemas para procesarla.
El desarrollo de la informática está íntimamente unido a una máquina
electrónica llamada ordenador. No existirían los ordenadores sin la ciencia
informática, ni ésta sin los ordenadores.
Información. Una de las características que diferencia a los humanos de los
demás seres vivos en su capacidad para obtener información, procesarla y
guardarla para su posterior utilización.
En el mundo actual el hombre maneja una infinidad de informaciones. Éstas
son de distintos tipos: palabras, números, letras, etc. y adoptan diferentes
formas: libros, revistas, casetes, vídeos, etc.
El desarrollo impone el manejo rápido de un volumen cada vez mayor de
información. Pensemos, por ejemplo, en la cantidad y complejidad de las
operaciones realizadas por una entidad bancaria durante solo un día.
La integración y gestión de las informaciones sólo es posible utilizando
sistemas informáticos. Tomemos como ejemplo la información que sobre un
alumno posee un centro escolar. La informática permite integrar todas estas
informaciones dispersas, o hacerlas fácilmente accesibles en cualquier
momento y procesarlas de una manera rápida y precisa.
Comunicación. En un proceso informático, la comunicación representa un
papel muy importante. Ésta permite trasladar los datos de una parte a otra de
un ordenador o a sus periféricos, e incluso de un ordenador a otro.
El sistema informático. Un sistema informático resulta de la conjunción de
dos partes bien diferenciadas: hardware y software.
a) Hardware: Es el conjunto formado por todos los elementos físicos que
componen el ordenador.
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b) Software: está constituido por todo el entorno lógico, es decir, el
conjunto de todos los programas informáticos capaces de funcionar en
un ordenador.
El hardware de un ordenador, considerado de forma individual, es único pero
puede contener tipos muy diferentes de software. Algo muy normal es que un
ordenador contenga en su disco programas procesadores de texto, hojas de
cálculo, bases de datos, etc. Todos ellos corren en el mismo ordenador.
2. EL ORDENADOR
A lo largo de su historia el hombre se ha ido creando las herramientas
necesarias para su trabajo. Así, desde las primeras hechas en piedra hasta los
más modernos automóviles tienen como finalidad facilitar y mejorar el trabajo.
Un ordenador es una herramienta de trabajo más, pero con una gran
diferencia y ventaja sobre casi todas las restantes: su versatilidad, ya que
podemos utilizarlo para escribir un libro, reservar nuestros billetes de avión o
tren, controlar el tráfico aéreo, marítimo o terrestre, o dirigir un robot.
Un ordenador es una herramienta de trabajo con multitud de aplicaciones y con
dos características fundamentales:
1. Fiabilidad, obedece sin errores las órdenes que se le dan.
2. Rapidez de ejecución.
3. DESCRIPCIÓN DEL ORDENADOR
Insistiendo en el concepto de que un ordenador es una máquina,
entenderemos que está formado por una serie de elementos, unos
imprescindibles y otros opcionales, que en su conjunto determinan lo que se
conoce como configuración del equipo.
Intentaremos ir desglosando los diferentes elementos que configuran un
ordenador. Pese a toda su complejidad, podemos separar un ordenador en dos
bloques:
a) Unidad Central de Proceso
b) Periféricos
3.1. Unidad Central de Proceso (CPU)
Podemos calificar esta zona del ordenador como “la inteligente”. Es
imprescindible en la composición del ordenador. En ella incluimos: el
tratamiento de la información, supervisión de todo el sistema informático,
realización de los cálculos necesarios, y por último, la organización y gestión de
las distintas tareas y actividades que se efectúan en el ordenador.
CPU Es la abreviatura de Unidad Central de Proceso (en inglés Central
Process Unit), elemento físico donde radica todo el control de los diferentes
elementos que configuran el ordenador.
La unidad central de proceso está formada por:
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1. Unidad de control (UC). Encargada del control de todo el complejo
entramado de relaciones entre los diferentes componentes de un
ordenador. Recibe la información, la transforma e interpreta, enviando
las órdenes precisas a los elementos que las requieren para un
procesamiento correcto de los datos.
La UC contiene un reloj que sincroniza todas las operaciones
elementales de la computadora. El periodo del reloj se denomina tiempo
de ciclo, y está comprendido aproximadamente entre decenas de
nanosegundos y varios microsegundos, dependiendo de la CPU. La
frecuencia del reloj (Megahercios, MHz, o Gigahercios, GHz) determina,
en parte, la velocidad de funcionamiento del computador.
2. Unidad aritmético-lógica (ALU). También llamada “unidad de
cálculo”. Recibe este nombre porque es un circuito (combinacional)
complejo que se encarga de llevar a cabo las operaciones que puede
realizar un ordenador. Estos cálculos pueden ser aritméticos (sumas,
productos, etc.) o lógicos (operaciones de comparación).
La ALU recibe los datos con los que debe operar la unidad de control y,
tras realizar la operación, devuelve los resultados a la memoria central.
El procesador central está formado por la unidad de control y la unidad
aritmético-lógica, y su función principal es la de controlar y dirigir la
ejecución de todas las operaciones del ordenador.
3. Memoria central o memoria principal (MC o MM). Capaz de
almacenar la información a procesar, además de servir como memoria
intermedia para su posterior archivo en disco. Se compone de celdas o
palabras de memoria, semejantes y funcionalmente independientes. En
realidad es el medio en el que se almacena y sitúa toda la información
que va a formar parte de una operación de entrada o salida. Debido a
que es un soporte interno, también recibe el nombre de memoria interna.
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La CPU de los Ordenadores Personales (PC): El microprocesador
En un ordenador personal o microordenador (PC), la CPU recibe el nombre de
microprocesador. A lo largo de la última década los procesadores se han ido
transformando y perfeccionando hasta nuestros días. Existe, por tanto, una
evolución continua de este elemento tan básico del ordenador, lo que ha ido
permitiendo mayor potencia de cálculo, mejor gestión y rapidez de operación,
etc.
Así, el PC original contaba con el microprocesador 8088 (más adelante se
utilizó el 8086), posteriormente los ordenadores PC AT incorporaban el 80286 y
en la actualidad se dispone de una gran gama de procesadores:
- El PC 386 incluye el procesador 80386 en sus versiones SX y DX
- Los PC 486 incorporan los procesadores 80486, igualmente, en versiones SX
y DX.
- El Pentium corresponde al nombre con que se designa a la quinta generación
de microprocesadores de Intel (abril, 1993). Su arquitectura interna es
considerablemente diferente a la de los 486 y cuenta con mucha más velocidad
de proceso. En la actualidad, los procesadores Pentium tienen un diseño
basado en un doble núcleo, lo que les permite procesar casi en paralelo dos
instrucciones.
Los elementos hasta ahora vistos se sitúan dentro de la placa base. Ésta se
encuentra en el interior de la carcasa del ordenador y está formada por
decenas de chips y circuitos electrónicos que forman los diferentes elementos
del ordenador. No existe un único modelo de placa base, aunque si se pueden
estudiar algunos de los modelos más estandarizados para los PC’s. En la
mayoría de las placas base hay reservado un lugar para instalar un elemento
esencial: el coprocesador matemático. Éste permite incrementar
considerablemente la velocidad de trabajo del ordenador en las operaciones
aritméticas de coma flotante, es decir, aquéllas que manejan valores muy
grande y con gran número de decimales. Se utilizan fundamentalmente en los
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programas de diseño y resolución de problemas matemáticos, mientras que no
se utilizan en programas de contabilidad o tratamiento de textos.
Cada microprocesador tiene su coprocesador correspondiente.
- microprocesador 8088 le corresponde el coprocesador 8087
- a los microprocesadores 80286 y 80386 le corresponden los coprocesadores
80287 y 80387.
La auténtica ventaja del uso de un coprocesador es que libera a la CPU de la
tarea de realizar cálculos complejos con números decimales que conllevan un
alto coste de efectividad y velocidad. De esta forma, cuando actúa el
coprocesador, la CPU queda liberada para poder realizar otro tipo de tarea.
Para apreciar la verdadera potencia del coprocesador diremos que éste es
capaz de realizar los cálculos entre 20 y 45 veces más rápido que el
microprocesador.
En la actualidad en un único chip se integran millones de transistores. Los
microprocesadores actuales, además de los circuitos de un procesador clásico,
suelen contener:
- Procesador de coma flotante (FPU)
- Sistema o unidad de gestión de memoria (MMU)
- Memoria caché (se estudiará más adelante, en esta misma lección),
- Etc.
Funciones del µprocesador
- Almacena temporalmente las instrucciones.
- Interpreta los códigos de operación de las instrucciones, y genera las
señales de control.
- Genera las secuencias de tiempo que sincronizan los intercambios de
información entre el microprocesador y su exterior.
- Contiene registros para el almacenamiento temporal de datos y
direcciones.
- Efectúa las operaciones aritméticas y lógicas típicas de una ALU.
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Microprocesadores desarrollados por Intel
Microprocesadores actuales desarrollados por Intel
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Microprocesadores compatibles con los desarrollados por Intel
Microprocesadores actuales de AMD
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3.2. Buses
Como ya se ha mencionado antes, la unidad de control es la encargada de
gestionar la entrada y salida de datos a través de la memoria y de controlar que
la UAL realiza todos los cálculos necesarios.
Para desempeñar esta función debe comunicarse con los diferentes
componentes que forman el ordenador. Esta comunicación se establece a
través de unos canales básicos que denominamos buses. Distinguimos tres
tipos principales de buses
- Bus de instrucciones y datos: se emplea para recibir los datos que se
encuentran almacenados en la memoria RAM. También recibe y canaliza las
instrucciones que debe ejecutar el programa.
- Bus de direcciones: se emplea por la unidad de control para indicar a la
memoria la dirección que va a emplear.
- Bus de control: se encarga de informar a la unidad de control de la conexión
de los periféricos, el estado de los puertos, etc. En definitiva, controla el estado
de los distintos dispositivos del ordenador.
3.3. Registros
Hasta ahora hemos englobado dentro de la memoria principal tanto la memoria
central del ordenador, como los registros de la CPU que almacenan los
cálculos temporales. Sin embargo, en un análisis más detallado deberíamos
diferenciar:
- La memoria principal, es el área de almacenamiento de los programas
cargados que van a ser ejecutados. La CPU tiene acceso directo a la
información que se encuentra almacenada en dicha memoria.
- La memoria interna está constituida por el conjunto de registros de la CPU
que permiten almacenar los resultados de cálculos temporales según se
van dando éstos.
Definimos un registro como un dispositivo de almacenamiento temporal
formado por biestables colocados de tal forma que pueden almacenar la
información en un momento determinado. Todo registro está compuesto por:
1. Un conjunto de biestables que son el espacio físico de almacenamiento
de la información. La longitud del registro viene dad por el número de
biestables que lo forman.
2. Una pequeña lógica adicional que será la que determine las funciones
que el registro puede efectuar sobre los datos.
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Entre alguna de las características destacamos:
- Su pequeña dimensión, ya que normalmente suelen ser de 16, 32 o 64 bits.
- La CPU puede acceder directamente a ellos (a los datos que contiene)
- Las entradas y salidas de un registro funcionan por impulsos de reloj.
Generalmente las salidas requieren más tiempo que las entradas.
- La transferencia de información entre registros se realiza a través de un canal
o bus común.
- El número de registros de un microprocesador es la característica
fundamental que determina una arquitectura. Así, cuantos más registros
existan, menor necesidad de referencias a la memoria principal con el
consiguiente ahorro de tiempo. Sin embargo, este tipo de memoria supone un
coste elevado, por lo que se debe equilibrar el número de registros teniendo
en cuenta la velocidad que se requiere y a su vez buscando el mínimo coste.
- Será mejor el registro que tenga menor retardo.
3.4. La memoria
Cuando hablamos de memoria en el ordenador debemos diferenciar a qué tipo
de memoria se está haciendo alusión. Existen diferentes clasificaciones de
memorias; en una primera clasificación global podemos distinguir dos tipos de
memoria en relación a la permanencia de la información en ella:
- La memoria volátil hace referencia a la memoria disponible en la placa base;
es lo que hasta ahora hemos denominado memoria central o principal del
ordenador. Esta memoria recibe el nombre de memoria RAM y representa un
medio de almacenamiento temporal en el que se carga en primer lugar el
sistema operativo, y a continuación el resto de los programas de usuario.
La ventaja de esta memoria es que muy rápida a la hora de acceder a la
información y transferirla, pero el inconveniente es que es volátil, es decir,
que su información se pierde cuando se interrumpe el suministro de energía a
la memoria.
- La memoria no volátil o permanente nos permite almacenar información,
datos y programas de forma indefinida. En este tipo de memoria incluiríamos
las memorias de tipo ROM (Read Only Memory), disco duro, disquetes, etc.
Cuando una memoria recibe una dirección y unas señales de control debe
mandar una respuesta concreta.
En esta operación existe un retardo de tiempo entre la aplicación de una
dirección y la aparición en la salida del contenido de la posición direccionada.
Este retardo dependerá de la tecnología y de la estructura utilizada en la
implementación de la memoria, y recibe el nombre de tiempo de acceso de la
memoria.
También una operación de escritura sobre la memoria implica un retardo de
tiempo tras haber recibido la dirección, el dato de entrada y la señal de control
de escritura, y recibe el nombre de tiempo de escritura de la memoria.
Por otro lado, existe un concepto primordial en el cálculo de la velocidad de
trabajo de las memorias, se denomina ciclo de memoria y se refiere al periodo
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de tiempo requerido entre la solicitud de una operación de memoria y una
nueva solicitud inmediata de una operación idéntica.
Clases de memorias (en función de su propiedad de lectura y escritura)
- Memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory; RAM). Recibe este
nombre por su capacidad de acceder al contenido de una posición concreta en
el mismo tiempo que requeriría cualquier otra dirección escogida de forma
aleatoria. Es una memoria que permite tanto la lectura como la escritura por
parte del procesador.
- Memorias de sólo lectura (Read Only Memory; ROM). Son aquellas en las
que su contenido se especifica sólo una vez (durante la fabricación), una vez
programadas no pueden volver a ser escritas nunca más. También permiten el
acceso aleatorio.
Existe una variante de la ROM que se denomina de sólo lectura programable
(Programmable Read Only Memory; PROM), y se caracteriza porque cuando
se compra aún no tiene fijado su contenido y puede ser programada por el
diseñador utilizando un equipo especial denominado programador de PROM.
Sin embargo, una vez programada no puede volver a ser escrita.
- Memorias de lectura / escritura (Read / Write Memory; RWM). Son aquellas
que pueden ser escritas (programadas) más de una vez y que conllevan
tiempos de escritura cortos.
- Memorias de lectura preferente (RMM’s). Este tipo de memorias, en términos
de facilidad y velocidad de escritura o programación, están entre las ROM’s y
las RWM’s. Pueden ser de dos tipos:
a) Memorias de sólo lectura alterables eléctricamente (EAPROM’s):
caracterizadas porque pueden ser escritas más de una vez. Su
diferencia principal con las RWM’s está en que requieren más tiempo
para su escritura.
b) Memorias de sólo lectura borrables y programables (EPROM): se
caracterizan porque para ser escritas de nuevo precisan ser retiradas del
sistema microprocesador para borrarlas. Generalmente, los chips
EPROM’s almacenan los programas de diagnóstico automático y de
gestión de la entrada y salida de los periféricos del ordenador.
Nota: Es precisamente un chip EPROM el que almacena el sistema básico de entrada/salida del
ordenador que controla el trasvase de la información entre los periféricos y la CPU. Recibe el
nombre de BIOS (Basic Input Output System).
Tanto las ROM’s como las RMM’s son memorias no volátiles lo que representa
una gran ventaja frente a las RAM’s. Lo ideal sería obtener una memoria no
volátil y de lectura/escritura pero que trabajase con bajo coste y alta velocidad.
4. PERIFÉRICOS
Los periféricos son todos aquellos elementos que pueden conectarse a la
unidad central para realizar las operaciones que faciliten la entrada o salida de
información hacia o desde la unidad central. Podemos encontrar infinidad de
periféricos susceptibles de incorporarse a la configuración de un ordenador.
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Todos los periféricos pueden clasificarse en tres grupos; atendiendo al sentido
que sigue la información:
1. De Entrada. Dentro de este grupo incluiremos todos aquellos periféricos
que sirven para introducir (input) información. Por ejemplo el teclado.
2. De salida. Este grupo lo forman todos aquellos periféricos que
suministran (output) información contenida en la unidad central; por
ejemplo, el monitor o la impresora.
3. De entrada y salida. Forman este grupo aquellos elementos periféricos
que presentan la doble función de poder introducir y sacar información;
el ejemplo más representativo es la unidad de disco.
Esquema de un PC con sus periféricos
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