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Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenieras.Departamento de Ciencias Computacionales.

Introduccin a la Computacin.

MODULO 1.

ELEMENTOS FUNDAMENTALES1.1 Conceptos bsicos.

1.1.1ComputadoraEs un dispositivo que acepta entrada, procesa y almacena datos y

produce salida; todo ello de acuerdo con una serie de instruccionesalmacenadas.

1.1.2Procesador de datosPodra ser una computadora ya que acta como una caja negra que

acepta datos de entrada, procesa los datos y crea datos de salida.

1.1.3ProgramaEs un conjunto de instrucciones que indican a la computadora que hacer

con los datos.

1.1.4Lenguaje de computadoraEs la forma en la que estn escritas las instrucciones de los programas.

Hay de diferentes tipos:Lenguaje ensamblador: El ensamblador toma instrucciones que las personaspueden entender y las ensambla en lenguaje de mquina.


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Lenguaje de alto nivel: Los lenguajes de alto nivel usan palabras y frases msfciles de entender y tambin proporcionan los tipos de facilidades para alterar

el flujo de programa.

1.1.5DatosPodran ser palabras, smbolos, nmeros, etc. Los datos pueden ser de

entrada o de salida.EnterosNmeros enteros desde un valor negativo alto hasta otro valor positivo alto.Nmeros RealesEstos son las fracciones. Pueden representar nmeros muy altos, pero conmenor precisin.Valores Booleanos - Verdadero y FalsoComo indica el encabezado, este tipo presenta slo dos valores: verdadero ofalso.

1.2 El Modelo de Von Neumann.

1.2.1MemoriaEs el rea de almacenamiento, donde los programas y los datos se

almacenan durante el procesamiento.


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Organizacin de la memoria.

1.2.2Unidad Aritmtico-Lgica (ALU)Es donde se realizan los clculos lgicos y aritmticos.

1.2.3Unidad de controlDetermina las operaciones de la memoria, de la ALU y del subsistema

de entrada/salida.

1.2.4Subsistema de entrada-salidaAcepta datos de entrada y el programa desde el exterior de la

computadora; el subsistema de salida enva el resultado del procesamiento.Aqu tambin se incluyen los dispositivos de almacenamiento secundario comoun disco o cinta que almacena datos y programas para procesamiento. Undisco se considera un dispositivo de salida cuando almacena los datos que seobtiene como resultado del procesamiento y se considera un dispositivo deentrada cuando usted lee los datos del disco.


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1.2.5Programa almacenadoConsiste en almacenar las instrucciones del programa de una

computadora en su propia memoria.La memoria de las computadoras modernas aloja tanto un programa como susdatos correspondientes. Esto implica que ambos, tanto los datos como elprograma, deben tener el mismo formato porque se almacenan en la memoria.

1.2.6Ejecucion secuencial de una instruccinSe conforma con un nmero finito de instrucciones. Primero la unidad de

control trae una instruccin de la memoria, la interpreta y luego la ejecuta.En otras palabras, las instrucciones se ejecutan despus de otras; desde luegouna instruccin puede requerir que la unidad de control salte a algunasinstrucciones previas, pero esto no significa que las instrucciones no seejecuten de manera secuencial.

1.3 Representacin de datos.

1.3.1Tipos de DatosLos datos se pueden representar de diferentes maneras, por ejemplo

nmeros, texto, imgenes, audio y video.Estos diferentes datos se utilizan en diferentes programas ejemplo:Un programa de ingeniera utiliza una computadora principalmente paraprocesar nmeros: hacer aritmtica, resolver ecuaciones, etc.

Un programa de procesamiento de palabras, utiliza una computadora ms quenada para procesar texto: justificarlo, moverlo, etc.Un programa de procesamiento de imgenes usa la computadora paramanipular imgenes.

1.3.2Representacion interna (bit y byte)La palabra bit es una abreviatura del trmino (binary digit o digito

binario), que puede encontrrsela con una b minscula. Un byte estcompuesto por 8 bits y suele abreviarse con una B mayscula.

1.3.3Representacion de texto

Una pieza de texto en cualquier idioma es una secuencia de smbolosusados para representar una idea en ese idioma.

B Y T E1000010 1011001 1010100 1000101

Representacin de la palabra byte en cdigo ASCII.

1.3.4Representacion de imgenes

Se representa en una computadora mediante uno de dos mtodos:


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grficos de mapa de bits o grafico de vectores.

En los grficos de mapa de bits; una imagen se divide en un matriz de pxelesdonde cada pxel es un pequeo punto y a cada pxel se le asigna un patrn debits.

En el grafico de vectores; cada curva o lnea se representa por medio de unafrmula matemtica.

1.3.5Representacion de sonidoEl audio por naturaleza informacin es anloga y la idea es convertir el

audio a datos digitales y usar patrones de bits y los pasos son:1 Muestreo significa medir el valor de la seal a intervalos iguales.2 La cuantificacin significa asignar un valor a una muestra.3 Los valores cuantificados se cambian a patrones binarios.4 Los patrones binarios se almacenan.

1.3.6Notacion hexadecimalSe basa en 16 smbolos (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F). Cada digito

hexadecimal puede representar 4 bits y cuatro bits pueden representarsemediante un digito hexadecimal.

Patrn de bits Digitohexadecimal

Patrn de bits Digitohexadecimal

0000 0 1000 8

0001 1 1001 9

0010 2 1010 A

0011 3 1011 B

0100 4 1100 C

0101 5 1101 D

0110 6 1110 E

0111 7 111 F

DGITOS HEXADECIMALES


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MODULO 2.DESCRIPCIN FUNCIONAL DE UN SISTEMA DECMPUTO.

2.1 El procesador centralConsta de 3 partes una unidad lgica aritmtica, una unidad de control y

una serie de registros.Sus funciones consisten en decodificar y ejecutar las instrucciones de un

programa, leer y escribir contenidos de las celdas de memoria y llevar y traerdatos entre celdas de memoria y registros especiales.Su operacin est controlada por un reloj central, que indica cada cundo sedebe iniciar una nueva operacin. En trminos generales, ser este reloj el quedetermine la velocidad de operacin del procesador, y suele trabajar a unafrecuencia medida en centenas de MHz.

2.1.1Unidad aritmtico-lgicaRealiza operaciones aritmticas y lgicas.

Es un circuito digital que calcula operaciones aritmticas (como adicin,substraccin, etc.) y operaciones lgicas (como OR, NOT, XOR, etc.), entredos nmeros.Las entradas a la ALU son los datos en los que se harn las operaciones(llamados operandos) y un cdigo desde la unidad de control indicando quoperacin realizar. Su salida es el resultado del cmputo de la operacin.
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2.1.2Unidad de ControlEs como parte del cerebro humano que controla las operaciones de

cada parte del cuerpo.Por ejemplo una ALU simple necesita realizar tal vez 10 operaciones diferentespara especificarlas se necesitan 4 lneas de control que pueden definir 16situaciones diferentes, 10 para operaciones aritmticas y lgicas y el resto paraotros propsitos.

2.2 Memorias2.2.1Memoria principal

Es una coleccin de localidades de almacenamiento, cada una con unidentificador nico conocido como direccin. Los datos se transfieren hacia ydesde la memoria en grupos de bits llamados palabras.

2.2.2. RAM, ROM, CacheRAM: El usuario puede escribir algo en la RAM y posteriormente borrarlo

simplemente al sobrescribirlo. Es voltil; la informacin se borra si el sistema seapaga.Existen 2 categoras:

1 SRAM. RAM esttica utiliza compuertas flip-flop, es rpida perocostosa.

2 DRAM. RAM dinmica utiliza capacitores. Si el capacitor estcargado, el estado 1; si esta descargado el estado es 0. Como uncapacitor pierde un poco de su carga con el tiempo, las celdas dela memoria necesitan refrescarse. Son lentas pero econmicas.

ROM: Es escrito por el fabricante; el usuario puede leer la ROM pero no

escribir en ella. Aloja el programa de arranque.Existen 3 tipos de ROM:1 PROM. Una variacin de la ROM es la memoria de solo lectura

programable.2 EPROM. Una variacin de la PROM es la memoria de solo lectura

programable y borrable, es posible borrarla con luz ultravioleta.3 EEPROM. Una variacin de la EPROM es la memoria de solo

lectura programable y borrable elctricamente, puedeprogramarse y borrarse usando impulsos electrnicos.

Cache. Es ms rpida que la memoria principal pero ms lenta que el

CPU.


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Contiene en cualquier momento una copia de una porcin de la memoriaprincipal.

Cuando la CPU quiere acceder a la memoria principal sigue esteprocedimiento.

1. El CPU revisa la cache2. Si la palabra est ah, copia la palabra; sino, el CPU accede a la

memoria principal.3. El CPU accede a la cache y copia la palabra.

2.3 Dispositivos de entrada/salidaEste dispositivo permite a una computadora comunicarse con el mundo

exterior y almacenar programas y datos. Se divide en 2 categoras generales

dispositivos de almacenamiento y dispositivos que no son dealmacenamiento.

2.3.1Perifericos de entrada.Teclado. Proporciona la entrada de datos

2.3.2Perifericos de salida.Monitor. Despliega la salida y al mismo tiempo repite la entrada que se

introduce en el teclado.Impresora. Crea un registro permanente.

2.4 Dispositivos de almacenamiento2.4.1Magneticos

Es uno o ms discos apilados uno encima de otro. Los discos se cubrencon una pelcula magntica delgada. La informacin se almacena y se recuperade la superficie del disco usando una cabeza de lectura/escritura para cadasuperficie magnetizada del disco.Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco:Plato. Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.Cara. Cada uno de los dos lados de un platoCabeza. Nmero de cabezal; equivale a dar el nmero de cara, ya que hay uncabezal por cara.Pista. Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 est en el bordeexterior.Cilindro. Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que estnalineadas verticalmente (una de cada cara).Sector. Cada una de las divisiones de una pista. El tamao del sector no es fijo,siendo el estndar actual 512 bytes. Antiguamente el nmero de sectores porpista era fijo, lo cual desaprovechaba el espacio significativamente, ya que enlas pistas exteriores pueden almacenarse ms sectores que en las interiores.


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2.4.2OpticosUtiliza luz para almacenar y recuperar datos. Ejemplos :CD-ROM, CD-R, CD-RW Y DVD.

2.4.3Memorias flashEs un tipo de memoria borrable que puede servir como una alternativa

fiable, de bajo consumo y compacta, al almacenamiento en disco.

MODULO 3.LOS PROGRAMAS DE SISTEMAS Y DE APLICACIN.

3.1Codificacion.Es el mtodo que permite convertir un carcter de un lenguaje natural

(alfabeto o silabario) en un smbolo en otro sistema de representacin, como unnmero o una secuencia de pulsos elctricos en un sistema electrnico,aplicando normas o reglas de codificacin.

3.1.1Descripcion funcional de la memoria.Conjunto de celdas con las siguientes caractersticas:

1 Cada celda puede contener un valor numrico.2 Cada celda tiene la propiedad de ser direccionable, es decir, se

puede distinguir una de otra por medio de un numero univocollamado su direccin.

Realiza 2 operaciones sobre la memoria leer y escribir.

3.1.2Lenguajes: Maquina y Simblico.Maquina: Se refiere al cdigo manejado por la unidad central de

procesamiento de la computadora.Simblico: Cada instruccin de la mquina se transforma en una nica

instruccin en cdigo simblico.

Pero adems, para mejorar la legibilidad del programa, el cdigo simblico
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introduce instrucciones adicionales, que no corresponden a ninguna instruccinde la mquina y que proporcionan informacin. Se llaman "seudo

instrucciones".El cdigo simblico puede parecer de difcil acceso, pero es ms fcil derecordar e interpretar que el binario o el hexadecimal.Los lenguajes simblicos no resuelven definitivamente el problema de cmoprogramar un ordenador de la manera ms sencilla posible.

3.1.3Programa fuente, programa objeto y mapa de memoriaPrograma fuente: Es aquel que est escrito en un lenguaje similar al

nuestro.Programa objeto: Traducido al cdigo que la maquina reconoce.Mapa de memoria:

3.1.4Ciclo de ejecucin de la unidad central de procesamiento.Pasos de la ejecucin:1. Ir a la memoria y extraer el cdigo de la siguiente instruccin. Este

paso se llama ciclo de fetch.2. Decodificar la instruccin recin leda.

3. Ejecutar la instruccin.4. Prepararse para leer la siguiente casilla de memoria.

Ciclo bsico de instruccin
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3.1.5Modos de direccionamiento: directo, indirecto e inmediato.Directo: Despus del cdigo de la instruccin se escribe la direccin del

valor al que se aplica la operacin.

Modo de direccionamiento directo

Indirecto: No toma el nmero que est a la derecha de la instruccincomo dato inmediato, ni como direccin para extraer de ah un valor, sino comola direccin de una celda a la que habr que ir para extraer de all otradireccin que, por ltimo, lleve el valor deseado.

Modo de direccionamiento indirecto.

Inmediato: Es donde la operacin se aplica al dato numrico a laderecha de la instruccin.


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Modo de direccionamiento inmediato

3.2 Programa de sistemas.

3.2.1EnsambladoresSe refiere a un tipo de programa informtico que se encarga de traducir

un archivo fuente escrito en un lenguaje ensamblador a un fichero objeto quecontiene cdigo maquina, ejecutable directamente por la mquina para la queesta generado.Un ejemplo del funcionamiento del ensamblador:Si se desea elaborar un programa para calcular C=A+B y luego D=E-C, seescribira as:

CARGA ASUMA BGUARDA CCARGA ERESTA C

GUARDA DALTO

La tabla de smbolos de este programa ser:

Variable simblica Direccin asignadaA 70B 71C 72E 73

D 74


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Y la traduccin realizada debe ser:

Programa fuente Programa objeto obtenido1 CARGA A 20 702 SUMA B 30 713 GUARDA C 02 724 CARGA E 20 735 RESTA C 33 726 GUARDA D 02 747 ALTO 70

3.2.2MacrorpocesadoresEs un traductor al que solo le interesan las macrodefiniciones y las

macrollamadas.Trabaja con definiciones globales de renglones o smbolos, llamadasmacrodefiniciones, que sern expandidas cuando se les llame para producirnuevos renglones de texto. Una macrollamada es la invocacin de unamacrodefinicin por su nombre para lograr una sustitucin textual.Ejemplo:Aqu vamos a obtener el promedio de 3 valores ya existentes.

PROM3: MACRO (4)

CARGA ?1SUMA ?2SUMA ?3DIV-i 3GUARDA ?4FIN_MACRO

3.2.3CargadoresLas funciones son relativamente sencillas, y consisten en extraer

informacin objeto de algn medio externo a la memoria y colocarlas en celdassucesivas de la memoria, a partir de una celda preespecificada.

Pasos que realiza el cargador son los siguientes:0. Dar IPL, para cargar el minicargador.1. Ejecutar el minicargador para que cargue el cargador, residente enuna seccin predeterminada del disco magntico.2. Ejecutar el cargador para que cargue el ensamblador, residente enalgn disco especificado.3. Ejecutar el ensamblador para que lea el programa fuente y lotraduzca a lenguaje maquina. El archivo objeto resultante quedara enotra seccin del disco magntico.

4. Ejecutar nuevamente el cargador, para que cargue el programa objeto


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recin producido por el ensamblador.5. Ejecutar el programa objeto.

3.2.4Compiladores e Intrpretes.Compilador. Trabaja sobre las cadenas de entrada (este es, sobre los

renglones que componen el programa fuente), para traducirlos al lenguajeensamblador. Luego de esto, el traductor ensamblador obtendr finalmente elmismo programa en lenguaje objeto.Interprete. Lleva a cabo el:

1 Anlisis lexicogrfico: consiste en reconocer todos y cada uno de lossmbolos aislados constituyentes de la frase. Su tarea central es separarlos componentes lgicos (tokens).

2 Anlisis sintctico: Su finalidad es encontrar la estructura gramatical dela frase formada por los elementos aislados ya reconocidos.

3 Anlisis semntico: trata de entender el significado de la frase,determina la coherencia entre lo dicho por medio del lenguaje, y loselementos del mundo a los que se est haciendo referencia.

4 Generacin y optimizacin de cdigo: busca representar la frase fuenteoriginal en trminos de elementos de un lenguaje mucho ms sencillo,

que ya no est dotado de estructura. Traducir la frase fuente al lenguajemaquina o por lo menos al lenguaje ensamblador.

Para la generacin de cdigo:

Programa Cdigo CdigoFuente intermedio objeto

C= A+B +(X1, A, B) CARGA A=(C, X1, -) SUMA B

GUARDA X1

CARGA X1GUARDA C .. ..C = 0 =(C, 0, -) CARGA -i 0

GUARDA CD=E-(A+B) -(X2, E, X1) CARGA E

RESTA X1GUARDA X2

=(D, X2, -) CARGA X2GUARDA D


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3.2.5Sistemas operativos.Es un conjunto de programas o software destinado a permitir la

comunicacin del usuario con un ordenador y gestionar sus recursos demanera cmoda y eficiente. Comienza a trabajar cuando se enciende elordenador y gestiona el hardware de la maquina desde los niveles msbsicos.Existen distintos tipos:

1 Multiprogramacin: Es un mtodo para incrementar el empleo de la CPUdisponiendo en todo momento de algo que la CPU pueda ejecutar.

2 Por lotes: Requieren que la informacin est reunida en bloque o "lote"(el programa, los datos, y las instrucciones). Los trabajos sonprocesados en el orden de admisin, segn el modelo de "primero enllegar primero en ser atendido".

3 Multiusuario: Permiten acceder simultneamente a un sistema decomputadoras a travs de dos o ms terminales. Este tipo de sistemaoperativo es fundamental en el manejo de redes de computadorasactualmente.

4 Tiempo compartido: Se caracterizan por la falta de interaccin entre elusuario y la computadora. El trabajo se prepara y se deja. Al cabo de uncierto tiempo aparece la salida. Los sistemas interactivos suelen estarcompuestos por muchas acciones breves en las que los resultados delcomando siguiente pueden ser imprescindibles.

5 Tiempo real: Se utilizan cuando hay requerimientos de tiempo muy

rgidos en las operaciones o en el flujo de datos, generalmente seutilizan como sistemas de control en una aplicacin dedicada. Porejemplo: sistemas de control industrial, experimentos cientficos ysistemas mdicos.

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