Post on 29-Jan-2016
11
B. Universidad Autónoma de PueblaB. Universidad Autónoma de Puebla
Lectura 1: Lectura 1: Conceptos BásicosConceptos Básicos
Algoritmos y ProgramaciónAlgoritmos y Programación
Primavera de 2006Primavera de 2006
Javier M HernándezJavier M Hernández
FCFM, BUAPFCFM, BUAP
22
AlgoritmoAlgoritmo: Un conjunto de instrucciones que describen como hacer una tarea (o proceso)
eureka!
ProgramaciónProgramación: C++, Fortran: C++, Fortran
33
TemasTemas
Componentes de hardware Redes de computadoras
44
TransistorTransistor
Base
Colector
Emisor
“semi-conductor”
Dígito binario o “bit”:0 off1 on
55
Transistor (cont)Transistor (cont)
Base
Colector
Emisor
off : 0
66
TransistorTransistor
Base
Colector
Emisor
on : 1
77
TransistorTransistor
Base
Colector
Emisor
“Chips” modernos (cerca de 3 x 3 mm en tamaño) pueden contener millones de transistores
88
GatesGates
• PuertaPuerta: un grupo de transistores: un grupo de transistores
• Gates son switches que distinguen entre dos Gates son switches que distinguen entre dos voltajes eléctricos:voltajes eléctricos:
– Corriente es baja => 0Corriente es baja => 0– Corriente es alta => 1Corriente es alta => 1
• Tipos: Tipos:
AND Gate OR Gate NOT Gate
99
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
A AND B
A AND B
A
B
A
BA AND B
Ejemplo: AND GateEjemplo: AND Gate
1010
Gates y Algebra BooleanaGates y Algebra Booleana
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
AND Gate
A AND B A OR B
OR Gate
1111
Gates y Algebra BooleanaGates y Algebra Booleana (cont)(cont)
A
0
1
NOT A
NOT Gate
1212
Gates y Algebra Booleana (cont)Gates y Algebra Booleana (cont)
A =
Una secuencia de bits a un tiempo:
1 1 0 0 1 1 0 1
B = 0 1 1 0 0 1 1 0
A AND B =
• La mayoría de las PCs realizan 32 bits a un tiempo (“máquinas de 32-bit”), otras tanto como 128 bits a un tiempo
1313
• Gates son las componentes básicas de las computadoras
0 or 1
1414
Componentes de Hardware de Componentes de Hardware de una Computadora Típicauna Computadora Típica
Dispositivos Periféricos
Central ProcessingUnit (CPU)
Memoria
• Los “Buses" permiten a los componentes pasar los datos uno al otro
1515
Componentes del HardwareComponentes del Hardware
Almacenamiento Secundario
Central Processing Unit
Arithmetic and Logic
Unit (ALU)
Control Unit (CU)
Memoria Principal
Teclado
Mouse
Pantalla
Impresión
AudífonoEscaner
Disco FloppyDisco Duro Cinta Magnética
1616
Hardware de ComputoHardware de Computo
MonitorMonitor
CD-ROMCD-ROM
MouseMouse
Hard DriveHard Drive
Bahia ExtraBahia Extra
Floppy DriveFloppy Drive
TecladoTeclado
CPUCPU
MemoriaMemoria
Tarjeta GraficaTarjeta Grafica
Conector GraficasConector Graficas
Memoria cacheMemoria cache
Tarjeta de redTarjeta de red
Tarjeta de AudioTarjeta de Audio
Slots AdicionalesSlots Adicionales
1717
Componentes de Hardware de Componentes de Hardware de una Computadora Típica - CPUuna Computadora Típica - CPU
Central Processing UnitCentral Processing Unit (CPU)(CPU)
• Realiza las operaciones básicasRealiza las operaciones básicas
• consiste de dos partes:consiste de dos partes:– Arithmetic / Logic Unit (ALU)Arithmetic / Logic Unit (ALU) – manipulación de datos – manipulación de datos– Control UnitControl Unit – coordina las actividades de la máquina – coordina las actividades de la máquina
MemoriaDispositivos Periféricos
Central ProcessingUnit (CPU)
1818
Central Processing Unit (CPU)Central Processing Unit (CPU)
• CPU es el “cerebro” de la computadora, que entiende y ejecuta CPU es el “cerebro” de la computadora, que entiende y ejecuta a los a los programas de computoprogramas de computo escritos en escritos en lenguaje de máquinalenguaje de máquina (a.k.a. (a.k.a. código de máquinacódigo de máquina))
• Componentes de un CPU:Componentes de un CPU:– Unidad de ControlUnidad de Control (UC): decodifica las instrucciones de máquna y (UC): decodifica las instrucciones de máquna y
envia las señales de control a los otros componentes para que realizen las envia las señales de control a los otros componentes para que realizen las instrucciones.instrucciones.
– Unidad Aritmética y LógicaUnidad Aritmética y Lógica (ALU): realiza la aritmética (suma, (ALU): realiza la aritmética (suma, subtracción, etc.) y operaciones lógicas (and, or, comparaciones, etc.)subtracción, etc.) y operaciones lógicas (and, or, comparaciones, etc.)
– RegistrosRegistros: locaciones de memoria de alta velocidad dentro del CPU, : locaciones de memoria de alta velocidad dentro del CPU, usada para guardar temporalmente las instrucciones actuales y los usada para guardar temporalmente las instrucciones actuales y los valores de los datos.valores de los datos.
• La circuitería de un CPU moderno consiste de millones de La circuitería de un CPU moderno consiste de millones de circuitos en miniatura manufacturados en una oblea de silicio circuitos en miniatura manufacturados en una oblea de silicio conocido como un conocido como un Circuito Integrado Circuito Integrado (IC) o (IC) o chipchip..
• MicroprocesadorMicroprocesador = un CPU completo en un solo chip. = un CPU completo en un solo chip.
1919
Componentes de Hardware de una Componentes de Hardware de una Computadora Típica - MemoriaComputadora Típica - Memoria
MemoriaMemoria Principal Principal• mantiene los programas y los datosmantiene los programas y los datos• almacena los bits en pedazos de tamaño fijo: “almacena los bits en pedazos de tamaño fijo: “wordword” (8, 16, 32, o ” (8, 16, 32, o
64 bits)64 bits)• cada word se guarda en una cada word se guarda en una celdacelda, que posee , que posee dirección unicadirección unica• las celdas se pueden accesar en cualquier orden =>las celdas se pueden accesar en cualquier orden =>
random-access memoryrandom-access memory o “RAM” o “RAM”
Dispositivos Periféricos
Central ProcessingUnit (CPU)
Memoria
2020
Componentes de Hardware de una Componentes de Hardware de una Computadora Típica - MemoriaComputadora Típica - Memoria
• La memoria computacional es comparable a una La memoria computacional es comparable a una colección de buzones de correo numeradas. Cada colección de buzones de correo numeradas. Cada celda de memoria tiene dos atributos importantes:celda de memoria tiene dos atributos importantes:
– dirección o locacióndirección o locación– contenido o valor, el cual se representa digitalmente como contenido o valor, el cual se representa digitalmente como
un número binarioun número binario
• La RAM reside en los circuitos integrados lo que requiere La RAM reside en los circuitos integrados lo que requiere energía para retener su contenido, asi la RAM es volatílenergía para retener su contenido, asi la RAM es volatíl
001010010010011010
Address Contenido
Conversión de base 2 a base 10: 1010012 =
1x25 + 0x24 + 1x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 = 32 + 0 + 8 + 0 + 0 + 1 = 4110
2121
Bits, Bytes, Kilo-, Mega-, Giga-, …Bits, Bytes, Kilo-, Mega-, Giga-, …
• Un Un bitbit: 0 o 1: 0 o 1
• Un Un wordword: conjunto de bits : conjunto de bits (8, 16, 32 o 64 bits)(8, 16, 32 o 64 bits)
• un un bytebyte = 8 bits = 8 bits
• un kilobyte = 2un kilobyte = 21010 bytes = 1024 bytes bytes = 1024 bytes
• un megabyte = 1024 KB = 2un megabyte = 1024 KB = 22020 bytes bytes = 1,048,576 bytes= 1,048,576 bytes
• un gigabyte = 1024 MB = 2un gigabyte = 1024 MB = 23030 bytes bytes
• un terabyte = 1024 GB = 2un terabyte = 1024 GB = 24040 bytes bytes
2222
Componentes de Hardware de una Componentes de Hardware de una Computadora Típica - PeriféricosComputadora Típica - Periféricos
Dispositivos Periféricos
Central ProcessingUnit (CPU)
Memoria
• Se comunican con el mundo exteriorSe comunican con el mundo exterior• Almacenan los datos a largo plazoAlmacenan los datos a largo plazo
– ventajas: mucha mayor capacidad, memoria no-volatílventajas: mucha mayor capacidad, memoria no-volatíl– desventajas: tiempo de acceso más lento (debido al desventajas: tiempo de acceso más lento (debido al
movimiento mecánico) movimiento mecánico)
2323
Periféricos que se Comunican con el Mundo Periféricos que se Comunican con el Mundo ExteriorExterior
Dispositivos Periféricos
Central ProcessingUnit (CPU)
Memoria
• Input/Output o Entrada/Salida (I/O)Input/Output o Entrada/Salida (I/O)– Input:Input: teclado, mouse, microfono, escaner, sensores teclado, mouse, microfono, escaner, sensores
(camara, infra-red) [convierten entrada a código digital](camara, infra-red) [convierten entrada a código digital]– Output:Output: video, impresoras, bocinas, etc video, impresoras, bocinas, etc
• ComunicaciónComunicación– modem, tarjeta ethernet o de red, tarjeta wireless, pcmciamodem, tarjeta ethernet o de red, tarjeta wireless, pcmcia
2424
Periféricos que Almacenan Datos a Largo PlazoPeriféricos que Almacenan Datos a Largo Plazo
Almacenamiento Secundario (masivo)Almacenamiento Secundario (masivo)
guardan la información por largos periodos de tiempo como guardan la información por largos periodos de tiempo como archivosarchivos
• Ejemplos:Ejemplos: hard drive, floppy disk, tape, CD-ROM (Compact hard drive, floppy disk, tape, CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory), DVD, USB HDDisk Read-Only Memory), DVD, USB HD
2525
Características de las Características de las Computadoras -- RapidezComputadoras -- Rapidez
• Rapidez del CPU Rapidez del CPU – Rapidez del reloj del CPU: en ciclos por segundo ("hertz")Rapidez del reloj del CPU: en ciclos por segundo ("hertz")
» Ejemplo: 2700MHz Pentium IVEjemplo: 2700MHz Pentium IV– pero diferentes diseños de CPU hacen diferentes cantidades pero diferentes diseños de CPU hacen diferentes cantidades
de trabajo en un ciclo del relojde trabajo en un ciclo del reloj– ““flops” (floating-point operations per second)flops” (floating-point operations per second)– ““mips” (million instructions per second)mips” (million instructions per second)
2626
Características de las Características de las Computadoras -- Rapidez (cont)Computadoras -- Rapidez (cont)
• Rapidez del reloj/bus del sistemaRapidez del reloj/bus del sistema– comunicación entre CPU, memoria y periféricos comunicación entre CPU, memoria y periféricos – depende del diseño de la tarjeta madre (a.k.a. "motherboard")depende del diseño de la tarjeta madre (a.k.a. "motherboard")
» Ejemplos: Ejemplos:
»Intel 2.50GHz Pentium-4 funciona con una Intel 2.50GHz Pentium-4 funciona con una rapidez de bus de 400MHz rapidez de bus de 400MHz
»50MHz, 60MHz, 66MHz, 100Mhz, 133MHz, y 50MHz, 60MHz, 66MHz, 100Mhz, 133MHz, y subiendosubiendo
2727
Características de las Características de las Computadoras -- Rapidez (cont)Computadoras -- Rapidez (cont)
• Rapidez de acceso a la memoriaRapidez de acceso a la memoria– RAMRAM
» Cerca a 60ns (1 nanosegundo = una billonésima de un Cerca a 60ns (1 nanosegundo = una billonésima de un segundo), y en incrementosegundo), y en incremento
» Puede ser marcada con respecto a “bus speed’’ (e.g., PC-Puede ser marcada con respecto a “bus speed’’ (e.g., PC-100)100)
– Memoria cacheMemoria cache» Más rápido que la memoria principal (cerca de 20ns de Más rápido que la memoria principal (cerca de 20ns de
rapidez de acceso), pero mas cararapidez de acceso), pero mas cara» contiene solo datos que usará el CPU a continuacióncontiene solo datos que usará el CPU a continuación
2828
Características de las Características de las Computadoras -- Rapidez (cont)Computadoras -- Rapidez (cont)
• Rapidez de los periféricosRapidez de los periféricos– Almacenamiento masivoAlmacenamiento masivo
» Ejemplos: Ejemplos:
»3.5in 1.4MB floppy disk: cerca 500kb/seg a 300 rpm 3.5in 1.4MB floppy disk: cerca 500kb/seg a 300 rpm (revoluciones por minuto)(revoluciones por minuto)
»3.5in hard disk: promedio del tiempo de búsqueda 8.5 3.5in hard disk: promedio del tiempo de búsqueda 8.5 microsegundos, y 7,200 rpmmicrosegundos, y 7,200 rpm
– ComunicacionesComunicaciones» Ejemplos: modems a 56 kilobits por segundo, y tarjetas de red a 10 o Ejemplos: modems a 56 kilobits por segundo, y tarjetas de red a 10 o
100 megabits por segundo100 megabits por segundo
– I/OI/O» Ejemplos: ISA, PCI, IDE, SCSI, ATA, USB, etc....Ejemplos: ISA, PCI, IDE, SCSI, ATA, USB, etc....
2929
Características de las Computadoras Características de las Computadoras -- Confiabilidad-- Confiabilidad
Factores que afectan la confiabilidad:Factores que afectan la confiabilidad:
• calor, ventilación, “over-clocking”, fallas de potenciacalor, ventilación, “over-clocking”, fallas de potencia
La mayoría de las fallas en los sistemas se deben a errores en el software mas que en el hardware
3030
Modos de comunicaciónModos de comunicación
• Comunicación en paralelo: Comunicación en paralelo: – todos los bits se transfieren al mismo tiempo todos los bits se transfieren al mismo tiempo – cada bit en una línea separada cada bit en una línea separada
01
• Comunicación serial: – un bit al tiempo
10110001
3131
Modems (Modems (MOMOdulator-dulator-DEMDEModulatorodulator))
MáquinaRemota
ModemMáquinaen casa
ModemDatoDigital
DatoDigital
Señal de audiopor líneas de tel
3232
Redes de ComputadorasRedes de Computadoras
• TiposTipos– Local Area Networks (LAN, Redes locales)Local Area Networks (LAN, Redes locales)
» LAN conectan a computadoras y otros dispositivos LAN conectan a computadoras y otros dispositivos localizadas de forma cercana (en un edificio) por localizadas de forma cercana (en un edificio) por medio de cablesmedio de cables
» Ventaja: el compartir la información y los recursos, Ventaja: el compartir la información y los recursos, tales como archivos, dispositivos de almacenamiento tales como archivos, dispositivos de almacenamiento secundario, impresoras, escaners, etc.secundario, impresoras, escaners, etc.
» El lab de AyP usa Sunrays conectadas en una El lab de AyP usa Sunrays conectadas en una LAN que comparte impresora y el servidor de LAN que comparte impresora y el servidor de archivos asi como el software del sistemaarchivos asi como el software del sistema
3333
Redes de Computadoras (cont)Redes de Computadoras (cont)
– Wide Area Networks (WAN)Wide Area Networks (WAN)» WANs conectan muchas computadoras individuales y WANs conectan muchas computadoras individuales y
LANs sobre una gran área geográfica, separada por LANs sobre una gran área geográfica, separada por cientos o miles de kmscientos o miles de kms
» Comunicaciones sobre distancias intermedias usan Comunicaciones sobre distancias intermedias usan líneas de teléfono; a gran distancia usan líneas de líneas de teléfono; a gran distancia usan líneas de teléfono o señales de microonda que pueden ser teléfono o señales de microonda que pueden ser reenviadas por satélite, además de fibra ópticareenviadas por satélite, además de fibra óptica
»Ejemplo: la WAN más conocida es el Ejemplo: la WAN más conocida es el “backbone” de Internet. Esta comenzó como “backbone” de Internet. Esta comenzó como un proyecto de una red del Departamento de un proyecto de una red del Departamento de Defensa de EU en 1969: ARPAnet.Defensa de EU en 1969: ARPAnet.
3434
Redes de ComputadorasRedes de Computadoras – Métodos – Métodos de Comunicaciónde Comunicación
• Cada computadora tiene una Cada computadora tiene una direccióndirección– Ejemplo: dirección IP de Ejemplo: dirección IP de www.fcfm.buap.mxwww.fcfm.buap.mx es es
148.228.125.1148.228.125.1
• Una computadora remitente transmite datos a travez Una computadora remitente transmite datos a travez de la red en de la red en paquetespaquetes; cada paquete se marca con las ; cada paquete se marca con las direcciones del destinatario y la de retornodirecciones del destinatario y la de retorno
– Cuando los datos son muy grandes para caber en un Cuando los datos son muy grandes para caber en un paquete, el remitente puede dividir los datos en varios paquete, el remitente puede dividir los datos en varios paquetes, marcados en secuenciapaquetes, marcados en secuencia
3535
Redes de ComputadorasRedes de Computadoras– Métodos – Métodos de Comunicación (cont)de Comunicación (cont)
• Los paquetes se envian por medio de links de Los paquetes se envian por medio de links de computadora a computadora (“computadora a computadora (“ruteamientoruteamiento”) ”)
• Cada computadora intermediaria recibe y Cada computadora intermediaria recibe y retransmite el mensaje (“retransmite el mensaje (“hopshops”)”)
– Los paquetes no necesariamente llegan en el orden en Los paquetes no necesariamente llegan en el orden en que fueron enviadosque fueron enviados
• La computadora receptora pone los paquetes en la La computadora receptora pone los paquetes en la secuencia correcta y recupera los datossecuencia correcta y recupera los datos
3636
SumarioSumario
• Transistors, gates, chips, hardware Transistors, gates, chips, hardware
• Computer = CPU + Memory + I/O DevicesComputer = CPU + Memory + I/O Devices
• Networks, modemsNetworks, modems
• Jargon and acronymsJargon and acronyms
3737
Computer SoftwareComputer Software
• Two main types of components of a computer system:Two main types of components of a computer system:– HardwareHardware: physical devices: physical devices– SoftwareSoftware: computer programs: computer programs
• Software classification according to its role and purpose:Software classification according to its role and purpose:– Operating system (OS)Operating system (OS): software responsible for directing all : software responsible for directing all
computer operations and managing all computer resources (hardware computer operations and managing all computer resources (hardware and software). OS works closely with the computer hardware. and software). OS works closely with the computer hardware.
– Application softwareApplication software: software used for a specific task such as word : software used for a specific task such as word processing, database management, environments for developing user processing, database management, environments for developing user programs, spreadsheets, etc. The applications are running on top of the programs, spreadsheets, etc. The applications are running on top of the OS using its services, and therefore must be compatible with it.OS using its services, and therefore must be compatible with it.
– User ProgramsUser Programs: developed by the users with the help of specialized : developed by the users with the help of specialized application software. Run on top of the OS. application software. Run on top of the OS.
3838
Operating SystemsOperating Systems
• Example of OS responsibilities:Example of OS responsibilities:– Communicating with the computer user: receiving commands and Communicating with the computer user: receiving commands and
carrying them out or rejecting them with an error messagecarrying them out or rejecting them with an error message– Managing allocation of memory, of processor time, and of other Managing allocation of memory, of processor time, and of other
resources for various tasksresources for various tasks– Collecting input from the input devices and providing this information Collecting input from the input devices and providing this information
to the currently running programto the currently running program– Conveying program output to the screen, printer or other output Conveying program output to the screen, printer or other output
devicesdevices– Reading/writing data from/to secondary storage.Reading/writing data from/to secondary storage.
• Widely used Operating SystemsWidely used Operating Systems– Unix, Linux, MS-DOS, OS/2, VMS, Macintosh OS, Windows 98, Unix, Linux, MS-DOS, OS/2, VMS, Macintosh OS, Windows 98,
Windows NTWindows NT
3939
Software de ComputoSoftware de Computo
HardwareAcceso directo a circuitos, discos,
mouse, teclado, monitor, etc.
Sistema OperativoSoftware que envia mensajes entre
las aplicaciones y el hardware
AplicacionSoftware que realiza operaciones de alto nivel (computacion, graficas,
etc.)
““Hey, OS!Hey, OS!
key ‘P’!”key ‘P’!”
““Hey, App!Hey, App!
key ‘P’!”key ‘P’!”Contact Contact sound & sound & graphics graphics
cardscards
Specify Specify resulting resulting audio & audio & videovideo