Introducción a Los Sistemas Computacionales

ORDENADOR O COMPUTADORAS

Dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información.

El mundo de la alta tecnología nunca hubiera existido de no ser por el desarrollo del ordenador o computadora. Toda la sociedad utiliza estas máquinas, en distintos tipos y tamaños, para el almacenamiento y manipulación de datos. Los equipos informáticos han abierto una nueva era en la fabricación gracias a las técnicas de automatización, y han permitido mejorar los sistemas modernos de comunicación. Son herramientas esenciales prácticamente en todos los campos de investigación y en tecnología aplicada.

Tipos de ordenadores o computadoras

En la actualidad se utilizan dos tipos principales de ordenadores: analógicos y digitales.

Sin embargo, el término ordenador o computadora suele utilizarse para referirse exclusivamente al tipo digital. Los ordenadores analógicos aprovechan la similitud matemática entre las interrelaciones físicas de determinados problemas y emplean circuitos electrónicos o hidráulicos para simular el problema físico. Los ordenadores digitales resuelven los problemas realizando cálculos y tratando cada número dígito por dígito.

Las instalaciones que contienen elementos de ordenadores digitales y analógicos se denominan ordenadores híbridos. En un ordenador digital también pueden introducirse datos en forma analógica mediante un convertidor analógico digital, y viceversa (convertidor digital a analógico).

Ordenadores analógicos

El ordenador analógico es un dispositivo electrónico o hidráulico diseñado para manipular la entrada de datos en términos de, por ejemplo, niveles de tensión o presiones hidráulicas, en lugar de hacerlo como datos numéricos.

El dispositivo de cálculo analógico más sencillo es la regla de cálculo, que utiliza longitudes de escalas especialmente calibradas para facilitar la multiplicación, la división y otras funciones. En el típico ordenador analógico electrónico, las entradas se convierten en tensiones que pueden sumarse o multiplicarse empleando elementos de circuito de diseño especial. Las respuestas se generan continuamente para su visualización o para su conversión en otra forma deseada.

Ordenadores digitales

Todo lo que hace un ordenador digital se basa en una operación: la capacidad de determinar si un conmutador, o `puerta’, está abierto o cerrado. Es decir, el ordenador puede reconocer sólo dos estados en cualquiera de sus circuitos microscópicos: abierto o cerrado, alta o baja tensión o, en el caso de números, 0 o 1. Sin embargo, es la velocidad con la cual el ordenador realiza este acto tan sencillo lo que lo convierte en una maravilla de la tecnología moderna. Las velocidades del ordenador se miden en megahercios, o millones de ciclos por segundo.

Un ordenador con una velocidad de reloj de 100 MHZ, velocidad bastante representativa de un microordenador o microcomputadora, es capaz de ejecutar 100 millones de operaciones discretas por segundo. Las microcomputadoras de las compañías pueden ejecutar entre 150 y 200 millones de operaciones por segundo, mientras que las supercomputadoras utilizadas en aplicaciones de investigación y de defensa alcanzan velocidades de miles de millones de ciclos por segundo.

La velocidad y la potencia de cálculo de los ordenadores digitales se incrementan aún más por la cantidad de datos manipulados durante cada ciclo. Si un ordenador verifica sólo un conmutador cada vez, dicho conmutador puede representar solamente dos comandos o números. Así, ON simbolizaría una operación o un número, mientras que OFF simbolizará otra u otro.

Sin embargo, al verificar grupos de conmutadores enlazados como una sola unidad, el ordenador aumenta el número de operaciones que puede reconocer en cada ciclo.

Por ejemplo, un ordenador que verifica dos conmutadores cada vez, puede representar cuatro números (del 0 al 3), o bien ejecutar en cada ciclo una de las cuatro operaciones, una para cada uno de los siguientes modelos de conmutador: OFF-OFF (0), OFF-ON (1), ON-OFF (2) u ON-ON (3). En general, los ordenadores de la década de 1970 eran capaces de verificar 8 conmutadores simultáneamente; es decir, podían verificar ocho dígitos binarios, de ahí el término bit de datos en cada ciclo. Un grupo de ocho bits se denomina byte y cada uno contiene 256 configuraciones posibles de ON y OFF (o 1 y 0). Cada configuración equivale a una instrucción, a una parte de una instrucción o a un determinado tipo de dato; estos últimos pueden ser un número, un carácter o un símbolo gráfico. Por ejemplo, la configuración 11010010 puede representar datos binarios, en este caso el número decimal 210 (véase Sistemas numéricos), o bien estar indicando al ordenador que compare los datos almacenados en estos conmutadores con los datos almacenados en determinada ubicación del chip de memoria. El desarrollo de procesadores capaces de manejar simultáneamente 16, 32 y 64 bits de datos ha permitido incrementar la velocidad de los ordenadores.

La colección completa de configuraciones reconocibles, es decir, la lista total de operaciones que una computadora es capaz de procesar, se denomina conjunto, o repertorio, de instrucciones. Ambos factores, el número de bits simultáneos y el tamaño de los conjuntos de instrucciones, continúa incrementándose a medida que avanza el desarrollo de los ordenadores digitales modernos.

Historia

La primera máquina de calcular mecánica, un precursor del ordenador digital, fue inventada en 1642 por el matemático francés Blaise Pascal. Aquel dispositivo utilizaba una serie de ruedas de diez dientes en las que cada uno de los dientes representaba un dígito del 0 al 9.

Las ruedas estaban conectadas de tal manera que podían sumarse números haciéndolas avanzar el número de dientes correcto. En 1670 el filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz perfeccionó esta máquina e inventó una que también podía multiplicar.

El inventor francés Joseph Marie Jacquard, al diseñar un telar automático, utilizó delgadas placas de madera perforadas para controlar el tejido utilizado en los

diseños complejos. Durante la década de 1880 el estadístico estadounidense Herman Hollerith concibió la idea de utilizar tarjetas perforadas, similares a las placas de Jacquard, para procesar datos. Hollerith consiguió compilar la información estadística destinada al censo de población de 1890 de Estados Unidos mediante la utilización de un sistema que hacía pasar tarjetas perforadas sobre contactos eléctricos.

La máquina analítica

También en el siglo XIX el matemático e inventor británico Charles Babbage elaboró los principios de la computadora digital moderna. Inventó una serie de máquinas, como la máquina diferencial, diseñadas para solucionar problemas matemáticos complejos. Muchos historiadores consideran a Babbage como el verdadero inventor de la computadora.

La tecnología de aquella época no era capaz de trasladar a la práctica sus acertados conceptos; pero una de sus invenciones, la máquina analítica, ya tenía muchas de las características de un ordenador moderno. Incluía una corriente, o flujo de entrada en forma de paquete de tarjetas perforadas, una memoria para guardar los datos, un procesador para las operaciones matemáticas y una impresora para hacer permanente el registro.

Primeros ordenadores

Los ordenadores analógicos comenzaron a construirse a principios del siglo XX. Los primeros modelos realizaban los cálculos mediante ejes y engranajes giratorios.

Durante las dos guerras mundiales se utilizaron sistemas informáticos analógicos, primero mecánicos y más tarde eléctricos, para predecir la trayectoria de los torpedos en los submarinos y para el manejo a distancia de las bombas en la aviación.

Circuitos integrados

A finales de la década de 1960 apareció el circuito integrado (CI), que posibilitó la fabricación de varios transistores en un único sustrato de silicio en el que los cables de interconexión iban soldados. El circuito integrado permitió una

posterior reducción del precio, el tamaño y los porcentajes de error. El microprocesador se convirtió en una realidad a mediados de la década de 1970, con la introducción del circuito de integración a gran escala (LSI, acrónimo de Large Scale Integrated) y, más tarde, con el circuito de integración a mayor escala (VLSI, acrónimo de Very Large Scale Integrated), con varios miles de transistores interconectados soldados sobre un único sustrato de silicio.

Hardware

Todos los ordenadores digitales modernos son similares conceptualmente con independencia de su tamaño.

Sin embargo, pueden dividirse en varias categorías según su precio y rendimiento: el ordenador o computadora personal es una máquina de coste relativamente bajo y por lo general de tamaño adecuado para un escritorio (algunos de ellos, denominados portátiles, o laptops, son lo bastante pequeños como para caber en un maletín); la estación de trabajo, un microordenador con gráficos mejorados y capacidades de comunicaciones que lo hacen especialmente útil para el trabajo de oficina; el mini-ordenador o mini-computadora, un ordenador de mayor tamaño que por lo general es demasiado caro para el uso personal y que es apto para compañías, universidades o laboratorios; y el mainframe, una gran máquina de alto precio capaz de servir a las necesidades de grandes empresas, departamentos gubernamentales, instituciones de investigación científica y similares (las máquinas más grandes y más rápidas dentro de esta categoría se denominan superordenadores).

En realidad, un ordenador digital no es una única máquina, en el sentido en el que la mayoría de la gente considera a los ordenadores.

Es un sistema compuesto de cinco elementos diferenciados: una CPU (unidad central de proceso); dispositivos de entrada; dispositivos de almacenamiento de memoria; dispositivos de salida y una red de comunicaciones, denominada bus, que enlaza todos los elementos del sistema y conecta a éste con el mundo exterior.

CPU

(unidad central de proceso)

La CPU puede ser un único chip o una serie de chips que realizan cálculos aritméticos y lógicos y que temporizan y controlan las operaciones de los demás elementos del sistema. Las técnicas de miniaturización y de integración han posibilitado el desarrollo de un chip de CPU denominado microprocesador, que incorpora un sistema de circuitos y memoria adicionales. El resultado son unos ordenadores más pequeños y la reducción del sistema de circuitos de soporte. Los microprocesadores se utilizan en la mayoría de los ordenadores personales de la actualidad.

La mayoría de los chips de CPU y de los microprocesadores están compuestos de cuatro secciones funcionales: una unidad aritmética-lógica; unos registros; una sección de control y un bus interno. La unidad aritmética-lógica es aquella que permite realizar operaciones lógicas y aritméticas. Los registros son áreas de almacenamiento temporal que contienen datos, realizan un seguimiento de las instrucciones y conservan la ubicación y los resultados de dichas operaciones. La sección de control tiene tres tareas principales: temporiza y regula las operaciones de la totalidad del sistema informático; su descodificador de instrucciones lee las configuraciones de datos en un registro designado y las convierte en una actividad, como podría ser sumar o comparar, y su unidad interruptora indica en qué orden utilizará la CPU las operaciones individuales y regula la cantidad de tiempo de CPU que podrá consumir cada operación.

El último segmento de un chip de CPU o microprocesador es su bus interno, una red de líneas de comunicación que conecta los elementos internos del procesador y que también lleva hacia los conectores externos que enlazan al procesador con los demás elementos del sistema informático.

Los tres tipos de bus de la CPU son: el bus de control que consiste en una línea que detecta las señales de entrada y de otra línea que genera señales de control desde el interior de la CPU; el bus de dirección, una línea unidireccional que sale desde el procesador y que gestiona la ubicación de los datos en las direcciones de la memoria; y el bus de datos, una línea de transmisión bidireccional que lee los datos de la memoria y escribe nuevos datos en ésta.

Dispositivos de entrada

Estos dispositivos permiten al usuario del ordenador introducir datos, comandos y programas en la CPU.

El dispositivo de entrada más común es un teclado similar al de las máquinas de escribir.

La información introducida con el mismo, es transformada por el ordenador en modelos reconocibles.

Otros dispositivos de entrada son los lápices ópticos, que transmiten información gráfica desde tabletas electrónicas hasta el ordenador; joysticks y el ratón o mouse, que convierte el movimiento físico en movimiento dentro de una pantalla de ordenador; los escáneres luminosos, que leen palabras o símbolos de una página impresa y los traducen a configuraciones electrónicas que el ordenador puede manipular y almacenar; y los módulos de reconocimiento de voz, que convierten la palabra hablada en señales digitales comprensibles para el ordenador. También es posible utilizar los dispositivos de almacenamiento para introducir datos en la unidad de proceso.

Dispositivos de almacenamiento

Los sistemas informáticos pueden almacenar los datos tanto interna (en la memoria) como externamente (en los dispositivos de almacenamiento). Internamente, las instrucciones o datos pueden almacenarse por un tiempo en los chips de silicio de la RAM (memoria de acceso aleatorio) montados directamente en la placa de circuitos principal de la computadora, o bien en chips montados en tarjetas periféricas conectadas a la placa de circuitos principal del ordenador. Estos chips de RAM constan de conmutadores sensibles a los cambios de la corriente eléctrica.

Los chips de RAM estática conservan sus bits de datos mientras la corriente siga fluyendo a través del circuito, mientras que los chips de RAM dinámica (DRAM, acrónimo de Dynamic Random Access Memory) necesitan la aplicación de tensiones altas o bajas a intervalos regulares aproximadamente cada dos milisegundos para no perder su información.

Otro tipo de memoria interna son los chips de silicio en los que ya están instalados todos los conmutadores. Las configuraciones en este tipo de chips de ROM (memoria de sólo lectura) forman los comandos, los datos o los programas que el ordenador necesita para funcionar correctamente. Los chips de RAM son como pedazos de papel en los que se puede escribir, borrar y volver a utilizar;

los chips de ROM son como un libro, con las palabras ya escritas en cada página. Tanto los primeros como los segundos están enlazados a la CPU a través de circuitos.

Los dispositivos de almacenamiento externos, que pueden residir físicamente dentro de la unidad de proceso principal del ordenador, están fuera de la placa de circuitos principal. Estos dispositivos almacenan los datos en forma de cargas sobre un medio magnéticamente sensible, por ejemplo una cinta de sonido o, lo que es más común, sobre un disco revestido de una fina capa de partículas metálicas. Los dispositivos de almacenamiento externo más frecuentes son los disquetes y los discos duros, aunque la mayoría de los grandes sistemas informáticos utiliza bancos de unidades de almacenamiento en cinta magnética. Los discos flexibles pueden contener, según sea el sistema, desde varios centenares de miles de bytes hasta bastante más de un millón de bytes de datos. Los discos duros no pueden extraerse de los receptáculos de la unidad de disco, que contienen los dispositivos electrónicos para leer y escribir datos sobre la superficie magnética de los discos y pueden almacenar desde varios millones de bytes hasta algunos centenares de millones. La tecnología de CD-ROM, que emplea las mismas técnicas láser utilizadas para crear los discos compactos (CD) de audio, permiten capacidades de almacenamiento del orden de varios cientos de megabytes (millones de bytes) de datos.

Dispositivos de salida

Estos dispositivos permiten al usuario ver los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de datos de la computadora.

El dispositivo de salida más común es la unidad de visualización (VDU, acrónimo de Video Display Unit), que consiste en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en una pantalla similar a la del televisor. Por lo general, las VDU tienen un tubo de rayos catódicos como el de cualquier televisor, aunque los ordenadores pequeños y portátiles utilizan hoy pantallas de cristal líquido (LCD, acrónimo de Liquid Crystal Displays) o electro luminiscentes. Otros dispositivos de salida más comunes son las impresoras y los módem.

Un módem enlaza dos ordenadores transformando las señales digitales en analógicas para que los datos puedan transmitirse a través de las telecomunicaciones.

Sistemas operativos

Los sistemas operativos internos fueron desarrollados sobre todo para coordinar y trasladar estos flujos de datos que procedían de fuentes distintas, como las unidades de disco o los coprocesadores (chips de procesamiento que ejecutan operaciones simultáneamente con la unidad central, aunque son diferentes). Un sistema operativo es un programa de control principal, almacenado de forma permanente en la memoria, que interpreta los comandos del usuario que solicita diversos tipos de servicios, como visualización, impresión o copia de un archivo de datos; presenta una lista de todos los archivos existentes en un directorio o ejecuta un determinado programa.

Programación

Un programa es una secuencia de instrucciones que indican al hardware de un ordenador qué operaciones debe realizar con los datos. Los programas pueden estar incorporados al propio hardware, o bien pueden existir de manera independiente en forma de software.

En algunas computadoras especializadas las instrucciones operativas están incorporadas en el sistema de circuitos; entre los ejemplos más comunes pueden citarse los microordenadores de las calculadoras, relojes de pulsera, motores de coches y hornos microondas. Por otro lado, un ordenador universal, o de uso general, contiene algunos programas incorporados (en la ROM) o instrucciones (en el chip del procesador), pero depende de programas externos para ejecutar tareas útiles. Una vez programado, podrá hacer tanto o tan poco como le permita el software que lo controla en determinado momento. El software de uso más generalizado incluye una amplia variedad de programas de aplicaciones, es decir, instrucciones al ordenador acerca de cómo realizar diversas tareas.

Lenguajes

Las instrucciones deben darse en un lenguaje de programación, es decir, en una determinada configuración de información digital binaria. En las primeras computadoras, la programación era una tarea difícil y laboriosa ya que los conmutadores ON-OFF de las válvulas de vacío debían configurarse a mano.

Programar tareas tan sencillas como ordenar una lista de nombres requería varios días de trabajo de equipos de programadores. Desde entonces se han inventado varios lenguajes informáticos, algunos orientados hacia funciones específicas y otros centrados en la facilidad de uso.

Lenguaje máquina

El lenguaje propio del ordenador, basado en el sistema binario, o código máquina, resulta difícil de utilizar para las personas.

El programador debe introducir todos y cada uno de los comandos y datos en forma binaria, y una operación sencilla como comparar el contenido de un registro con los datos situados en una ubicación del chip de memoria puede tener el siguiente formato: 11001010 00010111 11110101 00101011. La programación en lenguaje máquina es una tarea tan tediosa y consume tanto tiempo que muy raras veces lo que se ahorra en la ejecución del programa justifica los días o semanas que se han necesitado para escribir el mismo.

Lenguaje ensamblador

Uno de los métodos inventados por los programadores para reducir y simplificar el proceso es la denominada programación con lenguaje ensamblador. Al asignar un código mnemotécnico (por lo general de tres letras) a cada comando en lenguaje máquina, es posible escribir y depurar o eliminar los errores lógicos y de datos en los programas escritos en lenguaje ensamblador, empleando para ello sólo una fracción del tiempo necesario para programar en lenguaje máquina. En el lenguaje ensamblador, cada comando mnemotécnico y sus operadores simbólicos equivalen a una instrucción de máquina.

Un programa ensamblador traduce el código fuente, una lista de códigos de operación mnemotécnicos y de operadores simbólicos, a código objeto (es decir, a lenguaje máquina) y, a continuación, ejecuta el programa.

Sin embargo, el lenguaje ensamblador puede utilizarse con un solo tipo de chip de CPU o microprocesador.

Los programadores, que dedicaron tanto tiempo y esfuerzo al aprendizaje de la programación de un ordenador, se veían obligados a aprender un nuevo estilo

de programación cada vez que trabajaban con otra máquina. Lo que se necesitaba era un método abreviado en el que un enunciado simbólico pudiera representar una secuencia de numerosas instrucciones en lenguaje máquina, y un método que permitiera que el mismo programa pudiera ejecutarse en varios tipos de máquinas. Estas necesidades llevaron al desarrollo de lenguajes de alto nivel.

Lenguajes de alto nivel

Los lenguajes de alto nivel suelen utilizar términos ingleses del tipo LIST, PRINT u OPEN como comandos que representan una secuencia de decenas o de centenas de instrucciones en lenguaje máquina. Los comandos se introducen desde el teclado, desde un programa residente en la memoria o desde un dispositivo de almacenamiento, y son interceptados por un programa que los traduce a instrucciones en lenguaje máquina.

Los programas traductores son de dos tipos: intérpretes y compiladores. Con un intérprete, los programas que repiten un ciclo para volver a ejecutar parte de sus instrucciones, reinterpretan la misma instrucción cada vez que aparece. Por consiguiente, los programas interpretados se ejecutan con mucha mayor lentitud que los programas en lenguaje máquina. Por el contrario, los compiladores traducen un programa íntegro a lenguaje máquina antes de su ejecución, por lo cual se ejecutan con tanta rapidez como si hubiesen sido escritos directamente en lenguaje máquina.

Se considera que fue la estadounidense Grace Hopper quien implementó el primer lenguaje de ordenador orientado al uso comercial. Después de programar un ordenador experimental en la Universidad de Harvard, trabajó en los modelos UNIVAC I y UNIVAC II, desarrollando un lenguaje de alto nivel para uso comercial llamado FLOW-MATIC.

Para facilitar el uso del ordenador en las aplicaciones científicas, IBM desarrolló un lenguaje que simplificaría el trabajo que implicaba el tratamiento de fórmulas matemáticas complejas.

Iniciado en 1954 y terminado en 1957, el FORTRAN (acrónimo de Formula Translator) fue el primer lenguaje exhaustivo de alto nivel de uso generalizado.

En 1957 una asociación estadounidense, la Association for Computing Machinery comenzó a desarrollar un lenguaje universal que corrigiera algunos de los defectos del FORTRAN. Un año más tarde fue lanzado el ALGOL (acrónimo de Algorithmic Language), otro lenguaje de orientación científica. De gran difusión en Europa durante las décadas de 1960 y 1970, desde entonces ha sido sustituido por nuevos lenguajes, mientras que el FORTRAN continúa siendo utilizado debido a las gigantescas inversiones que se hicieron en los programas existentes. El COBOL (acrónimo de Common Business Oriented Language) es un lenguaje de programación para uso comercial y empresarial especializado en la organización de datos y manipulación de archivos, y hoy día está muy difundido en el mundo empresarial.

El lenguaje BASIC (acrónimo de Código de Instrucciones Simbólicas de Uso General para Principiantes) fue desarrollado en el Dartmouth College a principios de la década de 1960 y está dirigido a los usuarios de ordenador no profesionales. Este lenguaje se universalizó gracias a la popularización de los microordenadores en las décadas de 1970 y 1980. Calificado de lento, ineficaz y poco estético por sus detractores, BASIC es sencillo de aprender y fácil de utilizar.

Como muchos de los primeros microordenadores se vendieron con BASIC incorporado en el hardware (en la memoria ROM), se generalizó el uso de este lenguaje.

Aunque existen centenares de lenguajes informáticos y de variantes, hay algunos dignos de mención, como el PASCAL, diseñado en un principio como herramienta de enseñanza, hoy es uno de los lenguajes de microordenador más populares; el Logo fue desarrollado para que los niños pudieran acceder al mundo de la informática; el C, un lenguaje de Bell Laboratories diseñado en la década de 1970, se utiliza ampliamente en el desarrollo de programas de sistemas, al igual que su sucesor, el C++. El LISP y el PROLOG han alcanzado amplia difusión en el campo de la inteligencia artificial.

Evolución futura

Una tendencia constante en el desarrollo de los ordenadores es la micro miniaturización, iniciativa que tiende a comprimir más elementos de circuitos en un espacio de chip cada vez más pequeño. Además, los investigadores intentan

agilizar el funcionamiento de los circuitos mediante el uso de la superconductividad, un fenómeno de disminución de la resistencia eléctrica que se observa cuando se enfrían los objetos a temperaturas muy bajas.

Las redes informáticas se han vuelto cada vez más importantes en el desarrollo de la tecnología de computadoras. Las redes son grupos de computadoras interconectados mediante sistemas de comunicación. La red pública Internet es un ejemplo de red informática planetaria. Las redes permiten que las computadoras conectadas intercambien rápidamente información y, en algunos casos, compartan una carga de trabajo, con lo que muchas computadoras pueden cooperar en la realización de una tarea. Se están desarrollando nuevas tecnologías de equipo físico y soporte lógico que acelerarán los dos procesos mencionados.

Otra tendencia en el desarrollo de computadoras es el esfuerzo para crear computadoras de quinta generación, capaces de resolver problemas complejos en formas que pudieran llegar a considerarse creativas. Una vía que se está explorando activamente es el ordenador de proceso paralelo, que emplea muchos chips para realizar varias tareas diferentes al mismo tiempo. El proceso paralelo podría llegar a reproducir hasta cierto punto las complejas funciones de realimentación, aproximación y evaluación que caracterizan al pensamiento humano. Otra forma de proceso paralelo que se está investigando es el uso de computadoras moleculares. En estas computadoras, los símbolos lógicos se expresan por unidades químicas de ADN en vez de por el flujo de electrones habitual en las computadoras corrientes. Las computadoras moleculares podrían llegar a resolver problemas complicados mucho más rápidamente que las actuales supercomputadoras y consumir mucha menos energía.

1.1Antecedentes Históricos y Tendencias

Antecedentes historicos de la computadora

La primera máquina de calcular mecánica, un precursor del ordenador digital, fue inventada en 1642 por el matemático francés Blaise Pascal. Aquel dispositivo utilizaba una serie de ruedas de diez dientes en las que cada uno de

los dientes representaba un dígito del 0 al 9. Las ruedas estaban conectadas de tal manera que podían sumarse números haciéndolas avanzar el número de dientes correcto. En 1670 el filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz perfeccionó esta máquina e inventó una que también podía multiplicar.

El inventor francés Joseph Marie Jacquard, al diseñar un telar automático, utilizó delgadas placas de madera perforadas para controlar el tejido utilizado en los diseños complejos. Durante la década de 1880 el estadístico estadounidense Herman Hollerith concibió la idea de utilizar tarjetas perforadas, similares a las placas de Jacquard, para procesar datos. Hollerith consiguió compilar la información estadística destinada al censo de población de 1890 de Estados Unidos mediante la utilización de un sistema que hacía pasar tarjetas perforadas sobre contactos eléctricos.

El mundo de la alta tecnología nunca hubiera existido de no ser por el desarrollo del ordenador o computadora. Toda la sociedad utiliza estas máquinas, en distintos tipos y tamaños, para el almacenamiento y manipulación de datos. Los equipos informáticos han abierto una nueva era en la fabricación gracias a las técnicas de automatización, y han permitido mejorar los sistemas modernos de comunicación. Son herramientas esenciales prácticamente en todos los campos de investigación y en tecnología aplicada.

2. La máquina analítica

También en el siglo XIX el matemático e inventor británico Charles Babbage elaboró los principios de la computadora digital moderna. Inventó una serie de máquinas, como la máquina diferencial, diseñadas para solucionar problemas matemáticos complejos.

Muchos historiadores consideran a Babbage y a su socia, la matemática británica Augusta Ada Byron (1815–1852), hija del poeta inglés Lord Byron, como a los verdaderos inventores de la computadora digital moderna.

La tecnología de aquella época no era capaz de trasladar a la práctica sus acertados conceptos; pero una de sus invenciones, la máquina analítica, ya tenía muchas de las características de un ordenador moderno.

Incluía una corriente, o flujo de entrada en forma de paquete de tarjetas perforadas, una memoria para guardar los datos, un procesador para las operaciones matemáticas y una impresora para hacer permanente el registro.

Considerada por muchos como predecesora directa de los modernos dispositivos de cálculo, la máquina diferencial era capaz de calcular tablas matemáticas. Este corte transversal muestra una pequeña parte de la ingeniosa máquina diseñada por el matemático británico Charles Babbage en la década de 1820. La máquina analítica, ideada también por Babbage, habría sido una auténtica computadora programable si hubiera contado con la financiación adecuada. Las circunstancias quisieron que ninguna de las máquinas pudieran construirse durante su vida, aunque esta posibilidad estaba dentro de la capacidad tecnológica de la época. En 1991, un equipo del Museo de las Ciencias de Londres consiguió construir una máquina diferencial Nº 2 totalmente operativa, siguiendo los dibujos y especificaciones de Babbage.

3. Los primeros ordenadores

Los ordenadores analógicos comenzaron a construirse a principios del siglo XX. Los primeros modelos realizaban los cálculos mediante ejes y engranajes giratorios. Con estas máquinas se evaluaban las aproximaciones numéricas de ecuaciones demasiado difíciles como para poder ser resueltas mediante otros métodos. Durante las dos guerras mundiales se utilizaron sistemas informáticos analógicos, primero mecánicos y más tarde eléctricos, para predecir la trayectoria de los torpedos en los submarinos y para el manejo a distancia de las bombas en la aviación.

4. Ordenadores electrónicos

Durante la II Guerra Mundial (1939–1945), un equipo de científicos y matemáticos que trabajaban en Bletchley Park, al norte de Londres, crearon lo que se consideró el primer ordenador digital totalmente electrónico: el Colossus. Hacia diciembre de 1943 el Colossus, que incorporaba 1.500 válvulas o tubos de vacío, era ya operativo. Fue utilizado por el equipo dirigido por Alan Turing para descodificar los mensajes de radio cifrados de los alemanes. En 1939 y con independencia de este proyecto, John Atanasoff y Clifford Berry ya habían construido un prototipo de máquina electrónica en el Iowa State College (EEUU). Este prototipo y las investigaciones posteriores se realizaron en el anonimato, y

más tarde quedaron eclipsadas por el desarrollo del Calculador e integrador numérico electrónico (en inglés ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computer) en 1945. El ENIAC, que según se demostró se basaba en gran medida en el ordenador Atanasoff-Berry (en inglés ABC, Atanasoff-Berry Computer), obtuvo una patente que caducó en 1973, varias décadas más tarde.

La primera computadora electrónica comercial, la UNIVAC I, fue también la primera capaz de procesar información numérica y textual. Diseñada por J. Presper Eckeret y John Mauchly, cuya empresa se integró posteriormente en Remington Rand, la máquina marcó el inicio de la era informática. En la ilustración vemos una UNIVAC. La computadora central está al fondo, y en primer plano puede verse al panel de control de supervisión. Remington Rand entregó su primera UNIVAC a la Oficina del Censo de Estados Unidos en 1951.

5. El eniac

El ENIAC contenía 18.000 válvulas de vacío y tenía una velocidad de varios cientos de multiplicaciones por minuto, pero su programa estaba conectado al procesador y debía ser modificado manualmente. Se construyó un sucesor del ENIAC con un almacenamiento de programa que estaba basado en los conceptos del matemático húngaro-estadounidense John von Neumann. Las instrucciones se almacenaban dentro de una llamada memoria, lo que liberaba al ordenador de las limitaciones de velocidad del lector de cinta de papel durante la ejecución y permitía resolver problemas sin necesidad de volver a conectarse al ordenador.

A finales de la década de 1950 el uso del transistor en los ordenadores marcó el advenimiento de elementos lógicos más pequeños, rápidos y versátiles de lo que permitían las máquinas con válvulas. Como los transistores utilizan mucha menos energía y tienen una vida útil más prolongada, a su desarrollo se debió el nacimiento de máquinas más perfeccionadas, que fueron llamadas ordenadores o computadoras de segunda generación. Los componentes se hicieron más pequeños, así como los espacios entre ellos, por lo que la fabricación del sistema resultaba más barata.

6. Circuitos integrados

A finales de la década de 1960 apareció el circuito integrado (CI), que posibilitó la fabricación de varios transistores en un único sustrato de silicio en el que los cables de interconexión iban soldados. El circuito integrado permitió una posterior reducción del precio, el tamaño y los porcentajes de error. El microprocesador se convirtió en una realidad a mediados de la década de 1970, con la introducción del circuito de integración a gran escala (LSI, acrónimo de Large Scale Integrated) y, más tarde, con el circuito de integración a mayor escala (VLSI, acrónimo de Very Large Scale Integrated), con varios miles de transistores interconectados soldados sobre un único sustrato de silicio.

Los circuitos integrados han hecho posible la fabricación del microordenador o microcomputadora. Sin ellos, los circuitos individuales y sus componentes ocuparían demasiado espacio como para poder conseguir un diseño compacto. También llamado chip, un circuito integrado típico consta de varios elementos como reóstatos, condensadores y transistores integrados en una única pieza de silicio. En los más pequeños, los elementos del circuito pueden tener un tamaño de apenas unos centenares de átomos, lo que ha permitido crear sofisticadas computadoras del tamaño de un cuaderno. Una placa de circuitos de una computadora típica incluye numerosos circuitos integrados interconectados entre sí.

7. Evolución cronológica de la computadora

La necesidad del hombre de encontrar métodos rápidos y efectivos para resolver sus cálculos y su gran inventiva lo llevaron a través de los siglos al desarrollo de lo que hoy conocemos como la computadora. Desde el ábaco hasta las computadoras personales éstas han tenido una gran influencia en diferentes aspectos de nuestro diario vivir, mejorando nuestra calidad de vida y abriendo puertas que antes eran desconocidas para la humanidad.

500 AC: Ábaco

El primer calculador de tipo mecánico fue ideado en Babilonia alrededor de 500 A.C. Este dispositivo mecánico llamado ábaco consistía de un sistema de barras y poleas con lo cual se podían efectuar diferentes tipos de cálculos aritméticos.

1622: Oughtred presenta la regla de cálculo

Hacia 1622, el matemático inglés William Oughtred utilizó los recién inventados logaritmos para fabricar un dispositivo que simplificaba la multiplicación y la división. Consistía en dos reglas graduadas unidas que se deslizaban una sobre otra.

1642: Primera máquina de sumar

El matemático y filósofo francés Blaise Pascal tenía diecinueve años cuando construyó la primera máquina sumadora del mundo en 1642. Utilizaba un engranaje de ruedas dentadas como contadores. El dispositivo llevaba 1 automáticamente al llegar a las decenas y también podía emplearse para restar.

1834: Primera computadora digital programable

En 1834 el científico e inventor inglés Charles Babbage realizó los esquemas de un dispositivo el cual llamó máquina analítica lo que en realidad era una computadora de propósitos generales. Esta máquina era programada por una serie de tarjetas perforadas que contenían datos o instrucciones las cuales pasaban a través de un dispositivo de lectura, eran almacenados en una memoria y los resultados eran reproducidos por unos moldes. Esta máquina superaba por mucho la tecnología de su tiempo y nunca se terminó.

1850: Primera sumadora de teclado

El teclado apareció en una máquina inventada en Estados Unidos en 1850. Podían sumarse una secuencia de dígitos pulsando unas teclas sucesivas. Cada tecla alzaba un eje vertical a cierta altura y la suma quedaba indicada por la altura total.

8. Generaciones Del Computador 9. A.C. (Antes De Ordenadores)

o Dotación física + Mecánico o Software lógica + Tarjetas o cinta de papel perforadas + Ada Lovelace - primer programador (c. 1840) + Máquina de Turing y Church-Turing Thesis (1937)

o Máquinas Especiales + Ábaco + Pascaline - Primera Máquina calculadora Automática (1642) + Telar De Telar jacquar (1805) + Motores De Babbage # Motor De Diferencia (1822) # Motor Analítico (1832) + Hollerith # Máquina De Tabulación (Censo 1890 De los E.E.U.U.) # La máquina de tabulación de las formas Co. (1896) - se convierte la IBM en 1924 + Máquina sumadora De Burroughs (1888)

10. Primera generación: C. 1940 – 1955 o Dotación física + Tubos de vacío + Tambores magnéticos + Cinta magnética (cerca del extremo de la generación) o Software lógica + Programas en terminología de la informática + Programas en lenguaje ensamblador (cerca del extremo de la generación) + 1946 - von Neumann publica el documento sobre el ordenador salvado del programa + 1950 - Prueba de Turing publicada o Máquinas Especiales + 1940 - ABC (1r ordenador electrónico) + 1940 - Robinson (1r ordenador, código operacionales de Enigma de las grietas) + 1946 - Calculadora numérica de ENIAC (1r completamente electrónico, de uso general) + 1950 - UNIVAC I (1r ordenador comercialmente acertado)

11. Segunda generación: C. 1955 – 1964 o Dotación física + Transistores # 1947 - Convertido # 1955 - Calculadora Del Transistor De IBM’s

+ Minicomputadoras + Discos magnéticos + Tarjetas de circuito impresas o Software lógica + Lenguajes de alto nivel # 1956 - FORTRAN # 1959 - COBOL o Máquinas Especiales + 1963 — PDP 8 (1ra minicomputadora)

12. Tercera generación: C. 1964 – 1971 o Dotación física + Circuitos integrados (c. desarrollada 1958) + Familias de los ordenadores (1964 - IBM 360) + 1970 - Diskette o Software lógica + Los programas entraron directamente en los ordenadores + Lenguajes de un nivel más alto (1965 - BASIC) + Sistemas operativos + Timesharing o Máquinas Especiales + 1964 — Serie del sistema 360 de la IBM (1ra familia de ordenadores)

13. Cuarta generación: C. 1971 – PRESENTE o Dotación física + 1971 - Viruta del microprocesador introducida en los E.E.U.U. por Intel + Microordenadores (Ordenadores Personales) + Integración De la Escala Grande (LSI) + Integración De la Escala Muy Grande (Vlsi) o Software lógica + Programación estructurada + Conjuntos de aplicación + Sistemas del windowing (interfaces utilizador gráficos — GUIs) + Programas conviviales o Máquinas Especiales + 1971 - (1ra calculadora de bolsillo)

+ 1975 — Altaír 8800 (1ra PC) + 1977 — Manzana I (hágala usted mismo kit) + 1978 — Manzana II (premontada) + 1981 — PC DE LA IBM + 1984 — Impermeable

14. Tendencias generales o Dotación física + Más pequeño + Más rápidamente + Más barato + Más disponible o Software lógica + Más grande (más exige en la dotación física: CPU, memoria, espacio de disco, etc.) + Más fácil utilizar + Mejore El Diseño + Más barato + Más disponible

15. Ordenadores analógicos

El ordenador analógico es un dispositivo electrónico o hidráulico diseñado para manipular la entrada de datos en términos de, por ejemplo, niveles de tensión o presiones hidráulicas, en lugar de hacerlo como datos numéricos. El dispositivo de cálculo analógico más sencillo es la regla de cálculo, que utiliza longitudes de escalas especialmente calibradas para facilitar la multiplicación, la división y otras funciones. En el típico ordenador analógico electrónico, las entradas se convierten en tensiones que pueden sumarse o multiplicarse empleando elementos de circuito de diseño especial. Las respuestas se generan continuamente para su visualización o para su conversión en otra forma deseada.

16. Ordenadores digitales

Todo lo que hace un ordenador digital se basa en una operación: la capacidad de determinar si un conmutador, o ‘puerta’, está abierto o cerrado. Es decir, el ordenador puede reconocer sólo dos estados en cualquiera de sus circuitos

microscópicos: abierto o cerrado, alta o baja tensión o, en el caso de números, 0 o 1. Sin embargo, es la velocidad con la cual el ordenador realiza este acto tan sencillo lo que lo convierte en una maravilla de la tecnología moderna. Las velocidades del ordenador se miden en megahercios, o millones de ciclos por segundo. Un ordenador con una velocidad de reloj de 100 MHz, velocidad bastante representativa de un microordenador o microcomputadora, es capaz de ejecutar 100 millones de operaciones discretas por segundo. Las microcomputadoras de las compañías pueden ejecutar entre 150 y 200 millones de operaciones por segundo, mientras que las supercomputadoras utilizadas en aplicaciones de investigación y de defensa alcanzan velocidades de miles de millones de ciclos por segundo.

La velocidad y la potencia de cálculo de los ordenadores digitales se incrementan aún más por la cantidad de datos manipulados durante cada ciclo. Si un ordenador verifica sólo un conmutador cada vez, dicho conmutador puede representar solamente dos comandos o números. Así, ON simbolizaría una operación o un número, mientras que OFF simbolizará otra u otro. Sin embargo, al verificar grupos de conmutadores enlazados como una sola unidad, el ordenador aumenta el número de operaciones que puede reconocer en cada ciclo. Por ejemplo, un ordenador que verifica dos conmutadores cada vez, puede representar cuatro números (del 0 al 3), o bien ejecutar en cada ciclo una de las cuatro operaciones, una para cada uno de los siguientes modelos de conmutador: OFF-OFF (0), OFF-ON (1), ON-OFF (2) u ON-ON (3). En general, los ordenadores de la década de 1970 eran capaces de verificar 8 conmutadores simultáneamente; es decir, podían verificar ocho dígitos binarios, de ahí el término bit de datos en cada ciclo.

Un grupo de ocho bits se denomina byte y cada uno contiene 256 configuraciones posibles de ON y OFF (o 1 y 0). Cada configuración equivale a una instrucción, a una parte de una instrucción o a un determinado tipo de dato; estos últimos pueden ser un número, un carácter o un símbolo gráfico. Por ejemplo, la configuración 11010010 puede representar datos binarios, en este caso el número decimal 210 , o bien estar indicando al ordenador que compare los datos almacenados en estos conmutadores con los datos almacenados en determinada ubicación del chip de memoria. El desarrollo de procesadores capaces de manejar simultáneamente 16, 32 y 64 bits de datos ha permitido incrementar la velocidad de los ordenadores. La colección completa de configuraciones reconocibles, es decir, la lista total de operaciones que una

computadora es capaz de procesar, se denomina conjunto, o repertorio, de instrucciones. Ambos factores, el número de bits simultáneos y el tamaño de los conjuntos de instrucciones, continúa incrementándose a medida que avanza el desarrollo de los ordenadores digitales modernos.

17. Evolución futura Una tendencia constante en el desarrollo de los ordenadores es la microminiaturización, iniciativa que tiende a comprimir más elementos de circuitos en un espacio de chip cada vez más pequeño. Además, los investigadores intentan agilizar el funcionamiento de los circuitos mediante el uso de la superconductividad, un fenómeno de disminución de la resistencia eléctrica que se observa cuando se enfrían los objetos a temperaturas muy bajas.

Las redes informáticas se han vuelto cada vez más importantes en el desarrollo de la tecnología de computadoras. Las redes son grupos de computadoras interconectados mediante sistemas de comunicación. La red pública Internet es un ejemplo de red informática planetaria. Las redes permiten que las computadoras conectadas intercambien rápidamente información y, en algunos casos, compartan una carga de trabajo, con lo que muchas computadoras pueden cooperar en la realización de una tarea. Se están desarrollando nuevas tecnologías de equipo físico y soporte lógico que acelerarán los dos procesos mencionados.

Otra tendencia en el desarrollo de computadoras es el esfuerzo para crear computadoras de quinta generación, capaces de resolver problemas complejos en formas que pudieran llegar a considerarse creativas. Una vía que se está explorando activamente es el ordenador de proceso paralelo, que emplea muchos chips para realizar varias tareas diferentes al mismo tiempo. El proceso paralelo podría llegar a reproducir hasta cierto punto las complejas funciones de realimentación, aproximación y evaluación que caracterizan al pensamiento humano. Otra forma de proceso paralelo que se está investigando es el uso de computadoras moleculares. En estas computadoras, los símbolos lógicos se expresan por unidades químicas de ADN en vez de por el flujo de electrones habitual en las computadoras corrientes.

1.2Modelo de Von Neuman

John Von Newman observo que la torpeza de la aritmética decimal utilizadas en la computadora ENIAC podia remplazarse utilizando la aritmatica binaria.

Realizo un diseño básico llamado la máquina de Von Newman y se utilizo en la computadora EDVAC que fue la primer computadora que almacenaba el programa.

La máquina de Von Newman tenia 5 partes principales y son las siguientes:

LA MEMORIA: Constaba de 4096 palabras cada una de 40 bits.Y cada palabra podia contener 2 instrucciones de 20 bits cada una o un número entero de 39 bits y su signo.

UNIDAD DE CONTROL:Es la que supervisaba la transferencia de información y la indicaba a la unidad aritmetica lógica cual operación debia ejecutar.

UNIDAD DE ARITMATICA LÓGICA: Es aquella que se encarga de realizar las operaciones aritméticas y lógicas necesarias para la ejecución de una instrucción.

ENTRADA:Es cualquier dispositivopor el que se introduce información a la computadora.

SALIDA:Es cualquier dispositivo que recibe información de la máquina para ser utilizadas por el usuario. Centrándonos en los ordenadores sobre los que vamos a trabajar desarrollaré a grandes rasgos la arquitectura Von Newman que, si bien no es la primera en aparecer, sí que lo hizo prácticamente desde el comienzo de los ordenadores y se sigue desarrollando actualmente. Claro es que está siendo desplazada por otra que permiten una mayor velocidad de proceso, la RISC.

En los primeros tiempos de los ordenadores, con sistemas de numeración decimal, una electrónica sumamente complicada muy susceptible a fallos y un sistema de programación cableado o mediante fichas, Von Newman propuso dos conceptos básicos que revolucionarían la incipiente informática:

a) La utilización del sistema de numeración binario. Simplificaba enormemente los problemas que la implementación electrónica de las

operaciones y funciones lógicas planteaban, a la vez proporcionaba una mayor inmunidad a los fallos (electrónica digital).

b) Almacenamiento de la secuencia de instrucciones de que consta el programa en una memoria interna, fácilmente accesible, junto con los datos que referencia. De este forma la velocidad de proceso experimenta un considerable incremento; recordemos que anteriormente una instrucción o un dato estaban codificados en una ficha en el mejor de los casos.

Tomando como modelo las máquinas que aparecieron incorporando las anteriores características, el ordenador se puede considerar compuesto por las siguientes partes:

- La Unidad Central de Proceso, U.C.P., más conocida por sus siglas en inglés (CPU). - La Memoria Interna, MI. - Unidad de Entrada y Salida, E/S. - Memoria masiva Externa, ME.

Realicemos a continuación una descripción de lo que se entiende por cada una de estas partes y cómo están relacionadas entre si:

- La Unidad Central de Proceso (CPU) viene a ser el cerebro del ordenador y tiene por misión efectuar las operaciones aritmético-lógicas y controlar las transferencias de información a realizar.

- La Memoria Interna (MI) contiene el conjunto de instrucciones que ejecuta la CPU en el transcurso de un programa. Es también donde se almacenan temporalmente las variables del mismo, todos los datos que se precisan y todos los resultados que devuelve.

- Unidades de entrada y salida (E/S) o Input/Output (I/O): son las encargadas de la comunicación de la máquina con el exterior, proporcionando al operador una forma de introducir al ordenador tanto los programas como los datos y obtener los resultados.

Como es de suponer, estas tres partes principales de que consta el ordenador deben estar íntimamente conectadas; aparece en este momento el

concepto de bus: el bus es un conjunto de líneas que enlazan los distintos componentes del ordenador, por ellas se realiza la transferencia de datos entre todos sus elementos.

Se distinguen tres tipos de bus:

- De control: forman parte de él las líneas que seleccionan desde dónde y hacia dónde va dirigida la información, también las que marcan la secuencia de los pasos a seguir para dicha transferencia. - De datos: por él, de forma bidireccional, fluyen los datos entre las distintas partes del ordenador. - De direcciones: como vimos, la memoria está dividida en pequeñas unidades de almacenamiento que contienen las instrucciones del programa y los datos. El bus de direcciones consta de un conjunto de líneas que permite seleccionar de qué posición de la memoria se quiere leer su contenido. También direcciona los puertos de E/S.

La forma de operar del ordenador en su conjunto es direccionar una posición de la memoria en busca de una instrucción mediante el bus de direcciones, llevar la instrucción a la unidad central de proceso -CPU- por medio del bus de datos, marcando la secuencia de la transferencia el bus de control. En la CPU la instrucción se decodifica, interpretando qué operandos necesita: si son de memoria, es necesario llevarles a la CPU; una vez que la operación es realizada, si es preciso se devuelve el resultado a la memoria.

1.3 Clasificacion de las Computadoras

Las computadoras se clasifican :

A)DE ACUERDO A SU FORMA DE OPERACION

B)DE ACUERDO CON EL PROPOSITO PARA EL QUE SON CONSTRUIDAS

c)DEACUERDO CON SU POTENCIA Y PRECIO

DE ACUERDO A SU FORMA DE OPERACION:

Estas a su vez se clasifican en Analogicas que son las que su informacion que se alimenta a ellas proviene de alguna forma de medicion donde su exactitud esta directamente relacionadala presicion de su medicion,Tambien existen las Digitales que son dispositivos de calculo que procesan datos discretos o digitos representados por numeros letras u otros simbolos especiales resuelve los problemas mediante operaciones aritmeticas ,lógicas y relacionales;y por ultimo estan las hibridas que combinan las caracteristicas mas favorables de las 2 anteriores tienen la velocidad de las Analogicas y la precision de las digitales.

DE ACUERDO CON EL PROPOSITO PARA EL QUE SON CONSTRUIDAS:

Las hay de Proposito Especial que se diseñan para manejar problemas específicos y no se aplican a otras actividades computarizadas y tambien las hay de Proposito General que son diseñadas para resolver problemas diversos que se presentan frecuentemente en cualquier organización.

DE ACUERDO CON SU POTENCIA Y PRECIO:

Se clasifican en Supercomputadora que utilizan sistemas de refrigeracion para dispersar el calor generado por la maquina,Macrocomputadora su informacion esta organizada en una o mas base de datos enormes,Minicomputadora puede manejar mas entradas y salidas de informacion que una computadora personal y la Microcomputadora que estan diseñadas para ser utilizadas por un solo usuario a la vez pueden costar desde 100dlls. hasta 7500.

CLASIFICACION DE LAS COMPUTADORAS.

Las computadoras se clasifican : A)DEACUERDO A SU FORMA DE OPERACION B)DEACUERDO CON EL PROPOSITO PARA EL QUE SON CONSTRUIDAS c)DEACUERDO CON SU POTENCIA Y PRECIO

DEACUERDO A SU FORMA DE OPERACION:

Estas a su vez se clasifican en Analogicas que son las que su informacion que se alimenta a ellas proviene de alguna forma de medicion donde su exactitud esta directamente relacionadala presicion de su medicion,Tambien existen las Digitales que son dispositivos de calculo que procesan datos discretos o digitos representados por numeros letras u otros simbolos especiales resuelve los

problemas mediante operaciones aritmeticas ,lógicas y relacionales;y por ultimo estan las hibridas que combinan las caracteristicas mas favorables de las 2 anteriores tienen la velocidad de las Analogicas y la precision de las digitales.

DEACUERDO CON EL PROPOSITO PARA EL QUE SON CONSTRUIDAS:Las hay de Proposito Especial que se diseñan para manejar problemas específicos y no se aplican a otras actividades computarizadas y tambien las hay de Proposito General que son diseñadas para resolver problemas diversos que se presentan frecuentemente en cualquier organización.

DEACUERDO CON SU POTENCIA Y PRECIO:Se clasifican en Supercomputadora que utilizan sistemas de refrigeracion para dispersar el calor generado por la maquina,Macrocomputadora su informacion esta organizada en una o mas base de datos enormes,Minicomputadora puede manejar mas entradas y salidas de informacion que una computadora personal y la Microcomputadora que estan diseñadas para ser utilizadas por un solo usuario a la vez pueden costar desde 100dlls. hasta 7500.

El procesador El procesador es el cerebro del ordenador. Controla el funcionamiento de la computadora y lleva a cabo las funciones de procesamiento de datos. La velocidad del microprocesador se mide en Mega Hertz, aunque solo es la fuerza bruta del procesador. Este va montado sobre un socket de la mother board, existe otra velocidad, la FBS, que es la velocidad con la que se comunican el procesador y la mother board. Partes De Un Microprocesador 1. - Encapsulado: rodea el chip, sirve para protegerlo contra los agentes externos y para montar los conectores externos para montarlo en la mother board. 2. - La memoria caché: memoria muy rápida donde el procesador almacena los datos que está usando o los que va a usar próximamente. 3. - FPU, floating point unit: parte especializada en cálculos de punto flotante. 4. - Existen otras piezas que no es necesario mencionar por el momento. Por su estructura Por su fuente de energía. La forma más común de alimentación de una computadora pues es la energía eléctrica, antes las computadoras gastaban muchísima electricidad, hoy en día gracias a las nuevas tecnologías en los componentes se ahorra mucha electricidad. Entre esta clase de computadoras están las analógicas y las digitales. Las computadoras analógicas basan su funcionamiento en comparar parámetros y hacer mediciones, analogía quiere decir comparación. Sus cálculos los hacen con base a comparaciones que realizan por medio de instrumentos mecánicos. Las computadoras digitales

realizan todas sus operaciones basándose en cálculos matemáticos exclusivamente. Se basan en el sistema binario y en las matemáticas discretas, de estado finito, a diferencia de las analógicas que siguen unas matemáticas continuas. En el siglo XIX Charles Babbage desarrolló una computadora analógica que funcionaba a base de engranes, Claro está que su propulsión era puramente mecánica, fue ayudado por Ada Lovelace, a quien se le atribuye el haber escrito el primer algoritmo de computación. La idea de la máquina de Babbage era buena, pero nunca funcionó bien debido a que la precisión que requerían las piezas sobrepasaba la tecnología de aquel tiempo. Por su tamaño. La característica es su tamaño, refiriéndose a su capacidad de cómputo. Macrocomputadora: máquina utilizada en grandes organizaciones, es capaz de comunicarse con varios usuarios a la vez. El trabajar con varios usuarios a la vez se logra debido a la gran capacidad de esta clase de máquina y a un método que se llama tiempo compartido. El tiempo compartido se basa en que el procesador tiene tiempos muertos, entonces para evitar esto se asignan pequeños espacios de tiempo a cada usuario en los cuales se realizan parte de las operaciones que solicita el usuario, dado el corto espacio de tiempo entre las interrupciones de un usuario a otro no se siente ninguna clase de retraso o de tiempo de espera. Además también se debe a la gran rapidez del sistema. Minicomputadora: también es una máquina multiusuario, pero no es tan grande como una macrocomputadora. Estación de trabajo: esta es más potente que una microcomputadora, también tiene potencia para ser multiusuario, pero es mas frecuentemente utilizada por ingenieros o científicos que requieran una gran cantidad de cálculos. Entre la comunidad de desarrolladores de software una estación de trabajo es muy útil, porque además de hacer el trabajo en red mas dinámico se requiere de bastante potencia para compilar programas de gran tamaño. Aunque se puede decir que una estación de trabajo es solo una PC pero más potente. Microcomputadora: es una PC, son utilizadas para trabajos de oficina o para entretenimiento multimedia. Las hay de escritorio o portátiles. 2. Arquitectura de su procesador Procesadores CISC y RISC. Agrupados en dos familias, la más antigua es la CISC, complex instruction set computer. Corresponde a procesadores capaces de ejecutar un gran número de instrucciones pre-definidas en lenguaje máquina, en un orden de centenas. Los procesadores RISC, reduced instruction set computer. Permite una ejecución más rápida, pero requiere de compiladores más complejos ya que el RISC admite menos instrucciones que un CISC. RISC Las características comunes a todos los procesadores RISC, fuente de sus capacidades de altas prestaciones, son: 1.Modelo de conjunto de instrucciones Load/Store (Cargar/Almacenar).

Sólo las instrucciones Load/Store acceden a memoria; las demás operaciones en un RISC, tienen lugar en su gran conjunto de registros. Ello simplifica el direccionamiento y acorta los tiempos de los ciclos de la CPU, y además facilita la gestión de los fallos de paginas (page faults) en entornos de memoria virtual. Además, permite un elevado nivel de concurrencia a consecuencia de la independencia de las operaciones de Load/Store de la ejecución del resto de las instrucciones. 2.Arquitectura no destructiva de tres direcciones. Los procesadores CISC destruyen la información que existe en alguno de los registros, como consecuencia de la ejecución normal de instrucciones; esto es debido a su arquitectura de dos direcciones, por la cual el resultado de una operación sobrescribe uno de los registros que contenía a los operandos. Por contra, las instrucciones RISC, con tres direcciones, contienen los campos de los dos operándoos y de su resultado. Por lo tanto, tanto los operandos origen como el destino, son mantenidos en los registros tras haber sido completada la operación. Esta arquitectura “no destructiva” permite a los compiladores organizar las instrucciones de modo que mantengan llenos los conductos (pipelines) del chip, y por tanto reutilizar los operandos optimizando la concurrencia. 3.Instrucciones simples, de formato fijo, con pocos modos de direccionamiento. Las instrucciones simples reducen de manera muy significativa el esfuerzo para su descodificación, y favorecen su ejecución en pipelines. Las instrucciones de longitud fija, con formatos fijos, implican que los campos de códigos de operación (opcodes) y de los operandos están siempre codificados en las mismas posiciones, permitiendo el acceso a los registros al mismo tiempo que se está descodificando el código de operación. Todas las instrucciones tienen una longitud equivalente a una palabra y están alineadas en la memoria en límites de palabra (word boundaries), ya que no pueden ser repartidas en pedazos que puedan estar en diferentes páginas. 4.Ausencia de microcódigo. El microcódigo no se presta a la ejecución en ciclos únicos, ya que requiere que el hardware sea dedicado a su interpretación dinámica. La programación en microcódigo no hace que el software sea más rápido que el programado con un conjunto de instrucciones simples. Todas las funciones y el control, en los procesadores RISC, están “cableados” (hardwired), para lograr una máxima velocidad y eficiencia. 5.Ejecución en conductos (pipelined). Las instrucciones simples, de formato fijo y ciclo único permiten que las diferentes etapas de los ciclos de ejecución (búsqueda o fetch, descodificación, ejecución, y escritura del resultado o result write-back) para instrucciones múltiples, se puedan realizar simultáneamente, de un modo más simple y eficaz. 6.Ejecución en ciclos únicos (single-cycle). El resultado directo de los conjuntos de

instrucciones que ofrecen los procesadores RISC, es que cada instrucción puede ser ejecutada en un único ciclo de la CPU. Esto invalida la creencia de que las microinstrucciones en microcódigo, creadas para ser ejecutadas en un solo ciclo de procesador, son más rápidas que las instrucciones del lenguaje ensamblador. Ya que el caché esta construido partiendo de la misma tecnología que el almacenamiento de control del microprograma, una única instrucción puede ser ejecutada a la misma velocidad que una microinstrucción. La ejecución en ciclos únicos también simplifica la gestión de las interrupciones y los conductos (pipelines). RISC frente a CISC: Existen varios mitos que contraponen las ventajas de la tecnología RISC frente a la CISC, que es importante descalificar: a. Los procesadores RISC ofrecen peor soporte para los lenguajes de alto nivel o HLL (High Level Language) que lo CISC. Esta creencia se argumenta en que un conjunto de instrucciones de “alto nivel” (CISC) es mejor soporte para lenguajes de alto nivel. Sin embargo, la característica fundamental de los lenguajes de alto nivel, implica que el programador sólo interacciona con el ordenador a través del propio lenguaje de alto nivel (programación, depuración, mensajes del sistema, etc.), por lo que todos los problemas a “bajo nivel”, deben de ser transparentes y desconocidos para él. Por ello, son de nulas consecuencias para el programador y los lenguajes de alto nivel, como se implementan las funciones, en función del tipo de CPU. b. Es más complicado escribir compiladores RISC que CISC. Dado que los procesadores CISC tienen un mayor número de instrucciones y modos de direccionamiento, existen por tanto más formas de hacer la misma tarea, lo que puede confundir tanto al compilador como al que lo escribe. Por ello, subjetivamente es posible escoger una forma de hacerlo poco adecuada, por el tipo de instrucciones o por el tiempo de ejecución que requieren. En cambio, en un procesador RISC, hay menos opciones, por lo que el compilador es más simple, aunque se genere, habitualmente, un 20–30% más código; a cambio, se consigue un incremento de la velocidad de hasta un 500%. c. Un programa es más rápido cuanto más pequeño. La velocidad a la que un programa puede ser ejecutado no depende en absoluto de su tamaño, sino del tiempo de ejecución de cada una de sus instrucciones. Dado que las instrucciones RISC son más rápidas, y admiten mejor los pipelines, puede haber mayor paralelismo y simultaneidad en la ejecución de pequeñas secciones de código. Dichas secciones de código pueden ser ejecutadas en una fracción del tiempo que requiere una sola instrucción CISC. Resumiendo: No es un hecho meramente académico, sino puramente comercial y económico. La “era RISC” ha alcanzado a todos los fabricantes de semiconductores: AMD, Intel, MIPS, Motorola, ROSS,

…; y todos ellos son productos usados por fabricantes de ordenadores y estaciones de trabajo: Apple, DEC, HP, IBM, SUN, etc. y sus correspondientes clónicos. El tiempo de diseño de estos productos se reduce sensiblemente, lo que disminuye su coste final, y por tanto, se incrementan sus expectativas, al poder llegar al mercado en un tiempo más adecuado, y con menos posibilidades de errores. Además, son globalmente más eficaces, de menores dimensiones y más bajo consumo, ofreciendo siempre claras ventajas técnicas frente a los más avanzados CISC. Actualmente, las estaciones de trabajo RISC multiprocesadoras de mayor éxito, se basan en diferentes versiones de la tecnología SPARC: superSPARC e Hyper SPARC?. Esta claro que el futuro pertenece a los RISC y a los sistemas multiprocesador, a no ser que la física y la electrónica logren superar las barreras tecnológicas para incrementar muy por encima de las cotas actuales, las velocidades y prestaciones de una única CPU. También cabe esperar, y por que no, la pronta aparición de otras tecnologías que compitan con CISC y RISC. Arquitectura Von Newman. En los primeros tiempos de los ordenadores se utilizaba el sistema decimal, por lo tanto una electrónica sumamente complicada y propensa a fallos. Además un sistema de programación cableado o mediante fichas, Von Newman propuso dos conceptos básicos que revolucionaron la informática. a) La utilización del sistema binario. Esto simplificaba muchísimo la electrónica de las operaciones matemáticas y lógicas, a la vez este sistema era más inmune a los fallos, esto es la electrónica digital. b) Almacenamiento de la secuencia de instrucciones de que consta el programa en una memoria interna, fácilmente accesible, lo cual reduce el tiempo de espera. Multiprocesamiento Multiprocesadores débilmente acoplados. Consiste en un conjunto de sistemas relativamente autónomos, donde cada CPU tiene su propia memoria principal y sus canales E / S. Procesadores de uso específico. Por ejemplo los procesadores de E / S, en este caso hay un procesador maestro, y los procesadores de uso específico están controlados por la CPU maestra. Multiprocesadores fuertemente acoplados. Conjunto de procesadores que comparten la misma memoria principal. Procesadores paralelos. Multiprocesadores fuertemente acoplados que pueden cooperar en la ejecución en paralelo de una misma tarea. Procesador Unidad de control Controla las operaciones que se deben realizar. Su operación obedece a las instrucciones aportadas por el programa que se esté ejecutando, recoge las instrucciones del programa directamente de la memoria central y administra las operaciones de los demás componentes del procesador, ordenando y guardando los datos en la memoria antes y después de haber sido tratados por la unidad aritmética-lógica. Realiza dos tareas básicas: SECUENCIAMIENTO.

Hace que la CPU avance a través de las micro operaciones al tiempo debido. EJECUCIÓN. Se encarga de que las operaciones sean ejecutadas. ENTRADAS. Permiten determinar el estado del sistema. SALIDAS. Permiten controlar el estado del sistema. Unidad de ejecución Es la que ejecuta las instrucciones y realiza los cálculos a partir de las señales de control. Bus interno. Conecta todos los componentes de la CPU al chipset y a la memoria principal. La velocidad de este es muy importante, ya que si la velocidad del bus es muy poca, aumentará el tiempo de espera del procesador, no obstante se tenga un procesador muy bueno, claro, en todo debe haber un equilibrio, por ejemplo el procesador PI de 166 MHz trabaja sobre un bus de sistema de 66 MHz y el PIIII trabaja con un bus de 400 MHz, aunque trabajaría mejor con un bus de 800, este bus no salió por problemas con los fabricantes de tarjetas madre. Memoria caché Memoria ultra rápida donde la CPU almacena los datos que va a usar o que está usando, haciendo que el tiempo de respuesta no se ralentice debido a la menor velocidad de la RAM. Esta memoria es sumamente rápida, unas 5 o 6 veces más rápida que la memoria RAM, hablando de equilibrio se debe mantener este en todos los aspectos, una caché muy pequeña puede hacer que el procesador se tarde mucho en encontrar los datos que necesita al buscarlos en la memoria RAM, y por el contrario una caché muy grande puede hacer que el procesador se tarde más en encontrar los datos que busca. Pila y cola Pila. Colección de elementos donde se pueden suprimir o insertar nuevos elementos por un lado. Cola. Colección de elementos donde se pueden insertar elementos nuevos por un lado llamado final y eliminarlos por un lado llamado frente. 3. Memoria En un sistema los programas a ejecutarse deben ser almacenados en una memoria para que la CPU pueda acceder a ellos y realizar operaciones con ellos, una computadora sin memoria sería totalmente inservible. Memoria Principal Es la unidad de almacenamiento central, es aquí donde se almacenan los datos y los programas que la computadora está usando en ese momento, debe de ser suficientemente grande para soportar al sistema. La mayoría de esta memoria es memoria RAM, pero también está la memoria ROM, que contiene las instrucciones base de la computadora, es la que reconoce los dispositivos que esta posee, así como el conjunto de instrucciones para su funcionamiento. Memoria RAM Es una memoria bastante rápida, de acceso aleatorio, es volátil, así que solo almacena los datos temporalmente para ser usados mientras se ejecuta el programa en curso. Memoria ROM Memoria de solo lectura, esta memoria no se puede borrar, es programada por el proveedor de la computadora, esto de solo lectura es relativo, ya que si se puede borrar o alterar, pero no es volátil como la memoria RAM. EPROM. Esta memoria solo se puede borrar con rayos

ultravioleta, se puede usar para un propósito especial en hardware. EEPROM. Es eléctricamente borrable y se puede programar mediante una interfase especial conectada a una computadora. PROM. Esta puede ser programada una sola vez por el usuario o por el fabricante. Memoria Secundaria En esta memoria se almacenan los datos de manera permanente, para ser utilizados después. Estos datos pueden ser manipulados por el usuario ya que es aquí donde se guardan todos los archivos de este, incluyendo los programas que utiliza el sistema para funcionar, entre otros programas del usuario. Disco duro. Unidad fija de gran capacidad, hasta de 120 Giga Bytes, Almacena los datos de forma permanente. Discos flexibles. Unidad extraíble de pequeña capacidad, hasta 1.6 Mega Bytes dependiendo del sistema de archivos, almacena los datos como cargas magnéticas al igual que el disco duro. Puertos Definición: Un puerto es el lugar donde el CPU se comunica con otros dispositivos, existen de varios tipos, hay puertos de entrada, de salida y ambos. Además estos pueden ser seriales o paralelos. Puertos de entrada: Estos puertos recogen datos de algún dispositivo externo, externo se refiere a estar fuera del CPU, no del gabinete. Existen muchos dispositivos periféricos que se conectan a un puerto de entrada, por ejemplo tenemos al teclado y al mouse, también están los lápices ópticos, los lectores de código se barras, etc. Puertos de salida: Son todos aquellos por donde el CPU envía datos a otros dispositivos, por ejemplo están la salida de video y de sonido. Puertos de entrada / salida: Estos son una clase de puertos por donde el CPU puede enviar y recibir información. Son muy importantes, ya que entre estos se encuentran las memorias del CPU como son la RAM, ROM, los floppys y discos duros. Estos puertos pueden ser usados para controlar dispositivos, tales como las impresoras y los quemadores externos, por ejemplo. Nosotros vamos a hablar acerca de los puertos que se encuentran fuera del gabinete, hablaremos de los puertos de teclado, mouse, impresoras, etc. La computadora por si misma no seria capaz de realizar operaciones útiles para nosotros si no podemos comunicarnos con ella, necesita dispositivos periféricos por donde pueda darnos mensajes y nosotros podamos enviarle órdenes. Ahora bien, existen infinidad de dispositivos que sirven de extensión a la computadora, muchos son para fines muy específicos y no se pueden abarcar, entre los dispositivos que son de uso común se encuentra la impresora, el teclado, el mouse y el monitor. Puerto serial: El puerto serial es aquel que envía y recibe los datos BIT por BIT, entre los puertos seriales se puede mencionar el puerto de teclado, o el puerto del MODEM. Puerto paralelo: Este tipo de puerto transmite la información byte por byte, o sea que transmite ocho bits al mismo tiempo, de forma paralela. un puerto paralelo por excelencia pues es el puerto para

impresora Se puede observar que un puerto de entrada puede ser paralelo o serial, lo mismo que un puerto de entrada o de entrada / salida. A cada puerto la bios le asigna una dirección de memoria para que pueda trabajar, dependiendo de que clase de puerto sea se le asigna un determinado espacio exclusivo para él. Por medio de estas localidades de memoria el sistema puede enviarles o recibir información, es una especie de memoria de intercambio para la transmisión de dados de un lugar a otro. A esto se le llama espacio de localidades de memoria y se realiza dentro del primer kilo bite de la memoria principal. Existen otras asignaciones de memoria en otras capas superiores de memoria pero estas son hechas por el sistema operativo y por los demás programas, pero estas asignaciones son para fines específicos de los demás programas. Los puertos no solo se limitan a recibir la información, o enviarla, según sea el caso. El puerto provee la corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento del dispositivo y revisa el estado de este. 4. Efecto de tuberías Las tuberías son el medio mediante dos procesos se comunica entre sí, son unidireccionales, o sea que existe un proceso que genera la tubería y otro que recibe la información. En UNIX la tubería se genera mediante una pipa o pipe en inglés: Root@darkstar# ‹proceso 1> | <proceso 2› Esto genera una tubería del proceso uno al proceso dos, pero, ¿qué es esto? Esto significa que la salida del proceso uno servirá de entrada al proceso dos. Lógica Predictiva Aquí el procesador puede decidir el curso que seguirán los procesos a ejecutar, lo cual permite adelantarse al “curso natural de los sucesos” y “adelantarse” a las siguientes instrucciones. Así es que el procesador predice en cada bifurcación si el proceso tomará o no la bifurcación y por lo tanto las búsquedas y ejecuciones de las instrucciones subsecuentes. Si la predicción es correcta la ejecución seguirá sin interrupción. En cambio si es incorrecta cualquier instrucción ejecutada después de la bifurcación será cancelada y el procesador retorna al estado en que estaba antes de tomar dicha bifurcación y continua con el camino correcto. Segmentación La segmentación permite al programador considerar la memoria como un conjunto de bloques o segmentos, pueden ser de tamaño desigual. La segmentación simplifica el manejo de estructuras de datos dinámicas, asignando un segmento del tamaño adecuado para la estructura y agregando o reduciendo el espacio según se vaya requiriendo espacio en la memoria. Permite alterar y recompilar los programas de forma independiente sin tener que volver a ligar y cargar el conjunto entero de programas. Además como se conoce el espacio del segmento se pueden tener restricciones o privilegios al acceder a este espacio de memoria. Computadoras Matriciales Procesadores vectoriales. Existe un problema que está fuera del alcance de las computadoras

convencionales, es cuando se requiere una gran cantidad de cálculos que a una computadora convencional le tomaría días resolver. Para este fin se desarrollaron las supercomputadoras con capacidades especiales para resolver problemas tales como simulaciones aerodinámicas y espaciales y sistemas expertos. Supercomputadoras Sistema con capacidades procesamiento paralelo y de gran potencia. Capaces de realizar cientos de millones de operaciones en coma flotante por segundo, diseñadas para la multiprogramación y las entradas y saldas intensivas. Hay otro tipo de sistemas conocidos como procesadores matriciales, que han sido diseñados para realizar cálculos vectoriales, están configurados como dispositivos periféricos para que los usuarios de computadoras centrales y minicomputadoras puedan ejecutar partes vectorizadas de sus programas. Sistemas Multiprocesadores La industria informática, ha tenido siempre un objetivo primordial, repetido a lo largo de toda su cadena (fabricantes de semiconductores, fabricantes de sistemas y usuarios): la búsqueda de la velocidad. Para alcanzar este objetivo se han invertido ingentes cantidades de recursos, hasta alcanzar los límites físicos del silicio. Obviamente, la velocidad va ligada a las prestaciones, y por lo general, la primera ha sido la principal medida para decidirse por un sistema u otro. Sin embargo, por muy evidente que parezca, y dados los límites físicos de los semiconductores, las prestaciones pueden no estar forzosamente ligadas a la velocidad. Hoy es posible construir sistemas, que aún teniendo procesadores más “lentos” que otros, ofrezcan unas prestaciones significativamente superiores. Son los sistemas multiprocesador, que como su denominación indica, incorporan varios procesadores para llevar a cabo las mismas funciones. No es un concepto nuevo, ya que los “minicomputadores” construidos por compañías como NCR, Sequent y Stratus, ya empleaban varios nodos de proceso como alternativas económicas a otros productos de otras compañías. Sin embargo, aquellos sistemas aún duplicaban recursos caros del sistema, como memoria y dispositivos de entrada/salida, y por tanto, confinaban a los sistemas multiprocesador al mundo de los sistemas de alto nivel. Ahora, y en gran medida gracias a los procesadores de arquitectura RISC, el soporte multiprocesador es una solución integrada y fácilmente disponible en estaciones de trabajo de sobremesa, que resuelve, a través de hardware VLSI, los complejos problemas de compartición de recursos (memoria compartida) de aquellas primeras máquinas. Evidentemente, estas mejoras en el hardware, para ser funcionales, requieren importantes desarrollos en el software, y de hecho, muchos sistemas operativos admiten extensiones multiproceso (Match, SCO, Solaris, System V, etc.), que proporcionan paralelismo “en bruto” (asignando

múltiples tareas a múltiples procesadores) a nivel del sistema operativo. Las aplicaciones escritas para facilitar el paralelismo en su ejecución, incrementan significativamente las prestaciones globales del sistema; esto es lo que se denomina multi-enhebrado (multithreading), que implica dividir una sola aplicación entre varios procesadores. Sin embargo, los desarrolladores de software y programadores de aplicaciones sólo han comenzado a explorar las vastas posibilidades de incremento de prestaciones que ofrecen los sistemas con capacidades reales de proceso en paralelo. El multiproceso no es algo difícil de entender: más procesadores significan mas potencia computacional. Un conjunto de tareas puede ser completado más rápidamente si hay varias unidades de proceso ejecutándolas en paralelo. Esa es la teoría, pero otra historia es la práctica, como hacer funcionar el multiproceso, lo que requiere unos profundos conocimientos tanto del hardware como del software. Es necesario conocer ampliamente como están interconectados dichos procesadores, y la forma en que el código que se ejecuta en los mismos ha sido escrito para escribir aplicaciones y software que aproveche al máximo sus prestaciones. Para lograrlo, es necesario modificar varias facetas del sistema operativo, la organización del código de las propias aplicaciones, así como los lenguajes de programación. Es difícil dar una definición exacta de un sistema multiprocesador, aunque podemos establecer una clasificación de los sistemas de procesadores en: SISD o secuencia única de instrucciones y datos (Single Instruction, Single Data): una sola secuencia de instrucciones opera sobre una sola secuencia de datos (caso típico de los ordenadores personales). SIMD o secuencia única de instrucciones y múltiple de datos (Single Instruction, Multiple Data): una sola secuencia de instrucciones opera, simultáneamente, sobre múltiples secuencias de datos (array processors). MISD o múltiples secuencias de instrucciones y única de datos (Multiple Instruction, Single Data): múltiples secuencias de instrucciones operan, simultáneamente, sobre una sola secuencia de datos (sin implementaciones útiles actualmente). MIMD o múltiples secuencias de instrucciones y datos (Multiple Instruction, Multiple Data): múltiples secuencias de instrucciones operan, simultáneamente, sobre múltiples secuencias de datos. Los sistemas multiprocesadores pueden ser clasificados con mayor propiedad como sistemas MIMD. Ello implica que son máquinas con múltiples y autónomos nodos de proceso, cada uno de los cuales opera sobre su propio conjunto de datos. Todos los nodos son idénticos en funciones, por lo que cada uno puede operar en cualquier tarea o porción de la misma. El sistema en que la memoria está conectada a los nodos de proceso establece el primer nivel de distinción entre diferentes sistemas multiprocesador: 1.Multiprocesadores de

memoria distribuida (distributed-memory multiprocessors), también denominados multiprocesadores vagamente acoplados (loosely coupled multiprocessors). Se caracterizan porque cada procesador sólo puede acceder a su propia memoria. Se requiere la comunicación entre los nodos de proceso para coordinar las operaciones y mover los datos. Los datos pueden ser intercambiados, pero no compartidos. Dado que los procesadores no comparten un espacio de direcciones común, no hay problemas asociados con tener múltiples copias de los datos, y por tanto los procesadores no tienen que competir entre ellos para obtener sus datos. Ya que cada nodo es un sistema completo, por si mismo (incluso sus propios dispositivos de entrada/salida si son necesarios), el único límite práctico para incrementar las prestaciones añadiendo nuevos nodos, esta dictado por la topología empleado para su interconexión. De hecho, el esquema de interconexión (anillos, matrices, cubos, …), tiene un fuerte impacto en las prestaciones de estos sistemas. Además de la complejidad de las interconexiones, una de las principales desventajas de estos sistemas, como es evidente, es la duplicación de recursos caros como memoria, dispositivos de entrada/salida, que además están desocupados en gran parte del tiempo. 2.Multiprocesadores de memoria compartida (shared-memory multiprocessors), también llamados multiprocesadores estrechamente acoplados (tightly coupled multiprocessors). Son sistemas con múltiples procesadores que comparten un único espacio de direcciones de memoria. Cualquier procesador puede acceder a los mismos datos, al igual que puede acceder a ellos cualquier dispositivo de entrada/salida. El sistema de interconexión más empleado para estos casos, es el de bus compartido (shared-bus). Tener muchos procesadores en un único bus tiene el inconveniente de limitar las prestaciones del sistema a medida que se añaden nuevos procesadores. La razón es la saturación del bus, es decir, su sobre utilización; en un sistema de bus compartido, se deriva por la contienda entre los diferentes dispositivos y procesadores para obtener el control del bus, para obtener su utilización. Es evidente, que los sistemas actuales tienden al uso de arquitecturas de memoria compartida, fundamentalmente por razones de costes, a pesar del problema de la contienda por el bus. Los tres fuentes fundamentalmente responsables de dicha disputa son la memoria (cada CPU debe usar el bus para acceder a la memoria principal), la comunicación (el bus es usado por los “bus masters” para la comunicación y coordinación), y la latencia de la memoria (el subsistema de memoria mantiene al bus durante las transferencias de datos, y en función de la velocidad a la que la memoria puede responder a las peticiones, puede llegar a ser un factor muy significativo). Los sistemas de memoria caché y el multiproceso: Los sistemas de memoria

multinivel (caché) son un esfuerzo para evitar el número de peticiones realizadas por cada CPU al bus. Los caches son pequeñas y rápidas (y por tanto caras) memorias, que hacen de tampón (buffer) entre la CPU y la memoria externa, para mantener los datos y/o instrucciones. Se basan en el principio de la “localidad”, lo que significa que, dada la fundamental naturaleza secuencial de los programas, los siguientes datos o instrucciones requeridas, estarán localizadas inmediatamente a continuación de las actuales. Los datos contenidos en la memoria caché se organizan en bloques denominados líneas. Las líneas son cargadas en el caché como copias exactas de los datos situados en la memoria externa. Para referenciar a los datos de la memoria caché, se emplean marcas (tags) que identifican a cada línea. Las marcas o tags emplean una porción de la dirección física de los datos, para compararla con la dirección física solicitada por la CPU. Cuando existe una coincidencia exacta de la dirección y de otros cualificadores (estado, privilegio, contexto, etc.), se dice que ha tenido lugar un acierto (hit) de caché; en caso contrario, tiene lugar un fallo (miss) del caché, y en ese caso, los datos han de ser recuperados desde la memoria. El empleo de memoria caché se ha popularizado, como medida para acelerar el tiempo de acceso a la memoria principal, incluso en los sistemas monoprocesador, evitando así, según se incrementa la velocidad de los propios procesadores, aumentar la velocidad de dicha memoria, y por tanto encarecer el sistema. La forma en que la memoria es actualizada por los cachés locales puede tener un gran impacto en las prestaciones de un sistema multiprocesador. Básicamente hay dos métodos: 1.Escritura continua (write-through). Requiere que todas las escrituras realizadas en el caché actualicen asimismo los datos de la memoria principal. De esta forma, la memoria principal siempre tiene la última copia de los datos, y por tanto no hay nunca ninguna incoherencia con el caché. El inconveniente es que se producen frecuentes accesos a memoria, especialmente superfluos cuando el software está modificando las mismas secciones de datos repetidamente (por ejemplo ejecutando bucles). 2.Copia posterior (copy-back). Es un sistema mucho más eficiente, aunque también más complejo de implementar. En este caso, la CPU puede modificar la línea de caché sin necesidad de actualizar inmediatamente la memoria principal. Los datos sólo son copiados a la memoria principal cuando la línea de caché va a ser reemplazada con una nueva. Ello no solo minimiza el tráfico del bus, de vital importancia para el resto de los procesadores, sino que también libera al procesador de la tarea de escribir en la memoria principal. Sin embargo, este sistema, en una arquitectura de bus compartido, implica un nuevo nivel de dificultad, denominado coherencia o consistencia (coherency o consistency);

dado que cada caché puede tener una copia de los datos existentes en la memoria principal, el desafío es asegurar que los datos permanecen iguales entre todos los caches. Hay dos métodos para mantener cada línea de caché idéntica a las demás: a. Escritura radiada (write-broadcast), que requiere que la CPU que modifica los datos compartidos actualice los otros caches, para lo cual escribe en el bus la dirección de los datos, y los datos mismos, de modo que todos los dispositivos interesados (otras CPU’s) los capturen. Esto asegura que cada línea de caché en el sistema es una copia exacta de las demás. b. Escritura invalidada (write-invalidate), impide a una CPU modificar los datos compartidos en su caché hasta que otros caches han invalidado sus copias. En cuanto otros caches invalidan sus líneas, el caché modificado tiene la única copia; de este modo, se garantiza que un sólo caché escribe una línea compartida en un momento dado. Tiene la ventaja de conservar el ancho de banda del bus ya que los datos modificados no tienen que ser enviados a otros caches. Ambos sistemas requieren que los caches sean capaces de identificar peticiones en el bus que afecten a sus datos, lo que se realiza con una técnica conocida como “sondeo del bus” (bus snooping). Cada caché compara las direcciones de las peticiones en el bus compartido con los datos en su propio cache, usando las marcas (tags). Este sistema requiere un acceso concurrente a las marcas (tags) del caché por parte del bus del sistema y del bus del procesador. Sin dicho acceso concurrente, el procesador no podría acceder al caché durante las operaciones de sondeo del bus (que tienen que tener prioridad de acceso a las marcas, para poder mantener la coherencia del caché). El resultado son frecuentes atascos del procesador y consecuentemente, bajo rendimiento. A su vez, hay varios protocolos asociados con el sondeo del bus para el movimiento de los datos y los mensajes entre los caches: 1.Intervención indirecta de los datos (indirect data intervention). Es el método más simple de intercambio de datos entre procesadores, aunque también el menos eficiente. La 1ª CPU hace una petición de datos, que es sondeada por la 2ª; tiene lugar un acierto de sondeo (snoop hit) si dichos datos están en el caché de la 2ª CPU, entonces esta obtiene el control del bus e indica a la 1ª que lo reintente más tarde. La 2ª CPU escribe los datos de su caché a la memoria, y la 1ª CPU obtiene el control del bus de nuevo, reiniciando la petición. Los datos son ahora suministrados por la memoria. 2.Intervención directa de los datos (direct data intervention). Los datos son suministrados directamente por la 2ª CPU a la 1ª. Este mecanismo es aplicable fundamentalmente a los sistemas con sistemas de cache de copia posterior (copy-back). Aunque pueden evitar muchos ciclos comparados con la intervención indirecta, la memoria principal permanece

inconsistente con el caché, y debe de ser actualizada cuando la línea de caché es vaciada. 3.Reflexión a memoria (memory reflection) con intervención directa. La memoria captura los datos que han sido depositados en el bus, mientras son enviados a la CPU solicitante. Si la línea de caché no ha sido modificada antes de que tenga lugar la última transacción de intervención de datos, no es necesario escribir a la memoria, con lo que se conserva el ancho de banda. Esta actualización del cache solicitante y la memoria puede tener lugar en un mismo y único ciclo de reloj. 5. Lenguajes De Programación Al desarrollarse las primeras computadoras electrónicas se dio la necesidad de programarlas para realizar tareas útiles. En un principio se programaban conectando cables en distintas posiciones para lograr así un resultado, se usaban como calculadoras simples para realizar operaciones de una por una. En los años cincuentas se empezaron a desarrollar lenguajes para programar las tareas de las computadoras. El más primitivo de los lenguajes de alto nivel es FORTRAN, COBOL también es un veterano. FORTRAN mostró el uso de expresiones simbólicas y subrutinas y COBOL el concepto de descripción de datos. Evolución Los lenguajes más primitivos eran lenguajes de máquina, o sea programar con base a números que la máquina entendiera. Esto es muy complicado y propenso a errores, pero no había alternativa. El primer gran logro fue el lenguaje ensamblador, junto con él, el nacimiento de herramientas automáticas para generar el lenguaje máquina. Aunque en este lenguaje sigue siendo difícil no equivocarse, ya que se debe trabajar de la misma forma en que trabaja el procesador y entender bien su funcionamiento. El lenguaje ensamblador es una abstracción del lenguaje máquina, que asocia palabras fáciles de entender para el ser humano con números que puede entender la maquina. Traduciendo así los códigos del lenguaje al lenguaje máquina directamente. Esto se hacía mediante unas tablas de códigos, haciendo la traducción a mano, pero dada la sencillez de la traducción pronto aparecieron los primeros programas ensambladores que realizaban dichas traducciones al lenguaje maquina, también conocido como código objeto. Con el desarrollo en los años cincuentas y sesentas de los algoritmos de mas alto nivel, junto con el aumento del poder del hardware, científicos de otras ramas empezaron a utilizar las computadoras, pero no sabían mucho de computación. Entonces se creó el primer lenguaje de alto nivel junto con el propio concepto, nació el primer compilador FORTRAN. Aumentando la productividad al escribir un código sencillo, con la herramienta del compilador que traduce el código al lenguaje máquina de manera automática. A partir de esto se han desarrollado otros lenguajes de alto nivel, entre ellos el lenguaje c, y cobol. Cabe destacar que dadas ciertas

características del lenguaje c, este se considera de nivel medio ya que puede ser usado como lenguaje de alto nivel con sus instrucciones en ingles y sus librerías, pero tiene características de un lenguaje de bajo nivel, ya que fue escrito para diseñar sistemas operativos. Lenguajes de alto nivel. Los lenguajes de alto nivel se caracterizan porque utilizan palabras y frases más fáciles de entender para las personas. Como palabras en ingles o frases abreviadas. FORTRAN. FO Rmula? TRA Nslator?, traductor de formula, uno de los primeros de alto nivel. COBOL. Comon Business Oriented Languaje, lenguaje orientado a negocios comunes. Uno de los primeros. BASIC. Beginners Allpurpose Symbolic Instruction Code, código de instrucción simbólica de propósito general dirigido a principiantes, Comenzó como un lenguaje herramienta para enseñar programación a principiantes. PASCAL. Se diseñó para enseñar programación estructurada, se considera que es excelente en este aspecto y aun se sigue usando con el mismo fin. Lenguaje C. Predecesor del lenguaje B, fue desarrollado para escribir UNIX, es muy poderoso, ya que con este lenguaje se puede hacer casi todo lo que la computadora puede realizar, es portable, o sea que puede ser compilado en diferentes sistemas operativos con muy pocos cambios, a diferencia de otros que no pueden ser compilados en diversos sistemas operativos. Es sumamente ligero y rápido, un programa hecho en vbasic es de 50 a 100 veces más pesado que uno echo en c. Nunca podrá desligarse el software del hardware, es importante tomar en cuenta qué lenguaje se utilizará para desarrollar alguna clase de proyecto. Por ejemplo, si se requiere alguna aplicación de oficina en modo gráfico, que no requiera de mucho desempeño tal vez visual basic o visual C++ para Windows sea buena opción, o si se requiere de una aplicación para Internet donde se tiene un buen ancho de banda pues Java sería una buena opción, en cambio, si se quiere un desempeño eficaz, donde este sea crucial, pues c es el lenguaje apropiado, o para aplicaciones de internet que requieran rapidez en la respuesta, HTML + lenguaje c sería eficaz. Aunque sería una perdida de tiempo y esfuerzo tener que hacer un programa en c si se cuenta con un software potente que soporte bien lenguajes más pesados como Fox pro o Python, y en cambio sería una tontería querer implementar una base de datos en basic si se cuenta con pocos recursos. Clases de computadoras 1. Análoga

La computadora análoga es la que acepta y procesa señales continuas, tales como: fluctuaciones de voltaje o frecuencias. Ejemplo: El termostato es la computadora análoga más sencilla. 2. Digital

La computadora digital es la que acepta y procesa datos que han sido convertidos al sistema binario. La mayoría de las computadoras son digitales. 3. Híbrida

La computadora híbrida es una computadora digital que procesa señales análogas que han sido convertidas a forma digital. Es utilizada para control de procesos y en robótica. 4. Propósito especial

La computadora de propósito especial está dedicada a un solo propósito o tarea. Pueden ser usadas para producir informes del tiempo, monitorear desastres naturales, hacer lecturas de gasolina y como medidor eléctrico. Ejemplo: carros de control remoto, horno microoondas, relojes digitales, cámaras, procesador de palabras, etc. 5. Propósito general

La computadora de propósito general se programa para una variedad de tareas o aplicaciones. Son utilizadas para realizar cálculos matemáticos, estadísticos, contabilidad comercial, control de inventario, nómina, preparación de inventario, etc. Ejemplo: “mainframes” o minicomputadoras.

Categorías de las computadoras · Supercomputadora

La supercomputadora es lo máximo en computadora, es la más rápida y, por lo tanto, la más cara. Cuesta millones de dólares y se hacen de dos a tres al año. Procesan billones de instrucciones por segundo. Son utilizadas para trabajos científicos, particularmente para crear modelos matemáticos del mundo real, llamados simulación. Algunos ejemplos de uso lo son: exploración y producción petrolera, análisis estructural, dinámica de fluidos computacional, física, química, diseño electrónico, investigación de energía nuclear, meteorología, diseño de automóviles, efectos especiales de películas, trabajos sofisticados de arte, planes gubernamentales y militares y la fabricación de naves espaciales por computadoras. Ejemplo: Cray 1, Cray 2. · ”Mainframe”

Los “mainframe” son computadoras grandes, ligeras, capaces de utilizar cientos de dispositivos de entrada y salida. Procesan millones de instrucciones por segundo. Su velocidad operacional y capacidad de procesar hacen que los grandes negocios, el gobierno, los bancos, las universidades, los hospitales, compañías de seguros, líneas aéreas, etc. confién en ellas. Su principal función es procesar grandes cantidades de datos rápidamente. Estos datos están

accesibles a los usuarios del “mainframe” o a los usuarios de las microcomputadoras cuyos terminales están conectados al “mainframe”. Su costo fluctúa entre varios cientos de miles de dólares hasta el millón. Requieren de un sistema especial para controlar la temperatura y la humedad. También requieren de un personal profesional especializado para procesar los datos y darle el mantenimiento. Ejemplo: IBM 360. · Minicomputadora

La minicomputadora se desarrolló en la década de 1960 para llevar a cabo tareas especializadas, tales como el manejo de datos de comunicación. Son más pequeñas, más baratas y más fáciles de mantener e instalar que los “mainframes”. Su costo está entre los cincuenta mil hasta varios cientos de miles. Usadas por negocios, colegios y agencias gubernamentales. Su mercado ha ido disminuyendo desde que surgieron las microcomputadoras. Ejemplos: PDP-1, PDP-11, Vax 20, IBM sistema 36.

· Microcomputadora

La microcomputadora es conocida como computadora personal o PC. Es la más pequeña, gracias a los microprocesadores, más barata y más popular en el mercado. Su costo fluctúa entre varios cientos de dólares hasta varios miles de dólares. Puede funcionar como unidad independiente o estar en red con otras microcomputadoras o como un terminal de un “mainframe” para expandir sus capacidades. Puede ejecutar las mismas operaciones y usar los mismos programas que muchas computadoras superiores, aunque en menor capacidad. Ejemplos: MITS Altair, Macintosh, serie Apple II, IBM PC, Dell, Compaq, Gateway, etc.

Tipos de microcomputadoras:

a. “Desktop” Es otro nombre para la PC que está encima del escritorio.

b. Portátil

Es la PC que se puede mover con facilidad. Tiene capacidad limitada y la mayoria usa una batería como fuente de poder. Pesan entre 15 y 20 lbs. * “Laptop”

La computadora “laptop” tiene una pantalla plana y pesa entre 5 y 12 lbs.

* “Notebook”

La computadora “notebook” es más pequeña y pesa alrededor de 5 lbs. o menos. Ejemplo: Toshiba’s 486 SX.

c. “Palmtop”

Es la computadora del tamaño de una calculadora de manos. Utiliza bateria y puede ser conectada a la desktop para transferir datos. Ejemplos: Apple Newton, Hewlett-Packard’s 95 LX.

Las Computadoras y las Redes Clasificación de las computadoras · Supercomputadoras · Macrocomputadoras · Minicomputadoras · Microcomputadoras o PC Supercomputadoras Una supercomputadora es el tipo de computadora más potente y más rápida que existe en un momento dado. Estas máquinas fueron diseñadas para realizar una tarea específica y para procesar enormes cantidades de información en corto tiempo. Así mismo son las más costosas, sus precios alcanzan los 30 millones de dólares y más. Por eso mismo son muy pocas las supercomputadoras que se construyen en un año. Estas computadoras cuentan con un control de temperatura especial para disipar el calor que algunos de sus componentes alcanzan a tener. Algunos ejemplos de tareas a las que son expuestas las supercomputadoras son los siguientes: · Búsqueda y estudio de la energía y armas nucleares. · Búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos. · El estudio y predicción de tornados. · El estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo. · La elaboración de maquetas para proyectos especializados en la creación de aviones y simuladores de vuelos Macrocomputadoras Las macrocomputadoras son también conocidas como “Mainframes”. Éstas son grandes, rápidas y costosas. Son sistemas capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida. Los “mainframes” tienen un costo que va desde 350,000 dólares hasta varios millones de dólares. Se dice que de alguna manera los “mainframes” son más poderosos que las supercomputadoras porque soportan más programas simultáneamente. Sin embargo, las supercomputadoras pueden ejecutar un sólo programa más rápido que un “mainframe”. En el pasado, los “mainframes ocupaban cuartos completos y hasta pisos enteros de algún edificio.

Actualmente, un “mainframe” es parecido a una hilera de armarios o anaqueles para archivos usualmente con un falso piso para ocultar los cientos de cables de los periféricos. Todavía su temperatura tiene que estar controlada aunque generan menos calor que las supercomputadoras. Tipos de Computadoras y Redes SALP 6001 Preparado por Prof. Lillian E. Ríos Rodríguez 2 Minicomputadoras En 1960, surgió la minicomputadora, una versión más pequeña de la macrocomputadora. Al ser orientada a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un “mainframe”. De algún modo eso contribuyó a reducir el precio y costos de mantenimiento. Las minicomputadoras, en tamaño y poder de procesamiento, se encuentran entre los “mainframes” y las estaciones de trabajo. En general, una minicomputadora, es un sistema multiproceso (varios procesos en paralelo) capaz de soportar de 10 hasta 200 usuarios simultáneamente. Actualmente se usan para almacenar grandes bases de datos, automatización industrial y aplicaciones multiusuario Microcomputadoras Las microcomputadoras o computadoras personales (PC´s) tuvieron su origen con la creación de los microprocesadores. Las PC´s son computadoras para uso personal y son relativamente económicas. Actualmente se encuentran en las oficinas, escuelas y hogares. El término PC surge porque para el año de 1981 , IBM puso a la venta su modelo “IBM PC”. Ésta se convirtió en el tipo de computadora ideal de uso personal. De ahí que el término “PC” se estandarizó y los clones de otras empresas y que salieron posteriormente fueron llamados “PC y compatibles”. Esos clones utilizaban procesadores del mismo tipo que las IBM, podían ejecutar el mismo tipo de programas pero a un costo menor. Existen otros tipos de microcomputadoras, como la Macintosh, que no son compatibles con la IBM, pero que en muchos de los casos se les llaman también “PC´s”, por ser de uso personal. Existen variados tipos en el diseño de PC´s: · Computadoras personales, con el gabinete tipo minitorre (“minitower”), separado del monitor. · Computadoras personales portátiles “Laptop” o “Notebook”. Las computadoras “laptops” son aquellas computadoras que están diseñadas para poder ser transportadas de un lugar a otro. Se alimentan por medio de baterías recargables y la mayoría trae integrada una pantalla de LCD (Liquid Crystal Display) · Computadoras personales más comunes, con el gabinete horizontal, separado del monitor. · Computadoras personales que están en una sola unidad compacta el monitor y el CPU. · Estaciones de trabajo o “Workstations”. Las estaciones de trabajo se encuentran entre las Minicomputadoras y las macrocomputadoras (por el procesamiento). Las estaciones de trabajo son un tipo de computadoras que se utilizan para aplicaciones que requieran de un poder de procesamiento moderado y Tipos de

Computadoras y Redes SALP 6001 Preparado por Prof. Lillian E. Ríos Rodríguez 3 capacidades de gráficos de relativa alta calidad. Son usadas para: Aplicaciones de ingeniería CAD (Diseño asistido por computadora), CAM (manufactura asistida por computadora) y Publicidad para Creación de Software en redes. La palabra “workstation” o “estación de trabajo” se utiliza para referirse a cualquier computadora que está conectada a una red de área local (LAN). Los periféricos Se le llama periférico a cualquier dispositivo o aparato que podamos conectar a la computadora para diversos fines, tales como impresoras, cámaras de video, teclado, el ratón y el monitor, entre otros. La computadora tiene distintas vías de comunicación con su parte externa, generalmente por su parte trasera, a fin de conectar cualquier componente adicional a través de las cuales recibe y envía datos . A esas vías se les conoce como unidades de entrada o unidades de salida, que en inglés se especifican como “input devices ” y “output devices”. Algunas de estas vías ya están predispuestas, listas para conectar algo, como es el caso del puerto paralelo (el conector donde se acopla el cable de la impresora), el puerto serie donde va insertado el cable del ratón, así como la conexión para el monitor y el teclado. Otras de las vías están internamente, en este caso los slots de expansión, una serie de ranuras donde se pueden insertar tarjetas (placas electrónicas) que sirvan de interfaz entre la máquina y determinados periféricos. Los periféricos se pueden dividir en dos grandes grupos: internos (que van afuera de la computadora) y externos (que pueden operarse desde afuera). Por ejemplo, la impresora o el escáner son externos, en tanto que el resto de los periféricos pueden ser tanto una cosa como la otra. En caso de tener demasiados dispositivos instalados en forma interna, lo mejor es optar por los externos. Los periféricos más comunes son los siguientes: · Teclado y el mouse · Disco rígido · Impresora · Monitor · Módem · Escáner · Lector de CD-ROM · Placas de sonido o de video · Zip drive El teclado y el ratón (“mouse”) son los periféricos más fáciles de instalar e incluso se venden con el resto de la computadora. Enchufar un teclado no tiene mayores secretos. Una vez conectado, la máquina lo detecta. En cuanto a los monitores, hay una gran variedad de tamaños y de calidad y su conexión no trae mayores inconvenientes: el cable se conecta directamente a la salida de la tarjeta de video. Después sólo hay que hacer unos cuantos ajustes en la pantalla para indicarle a la PC qué grado de nitidez se prefiere. Tipos de Computadoras y Redes SALP 6001 Preparado por Prof. Lillian E. Ríos Rodríguez 4 El módem, que puede ser externo o interno. Instalar un módem externo no debería traer muchas complicaciones. Un CD-ROM externo puede conectarse al puerto paralelo de la computadora. Claro que también puede ser SCSI e insertarse

directamente a su respectiva tarjeta. Una lectora o una grabadora de CD-ROM interna puede instalarse mediante una controladora IDE o una SCSI. Los “Zip Drive”, unidad de almacenamiento de información. Tienen capacidad para guardar 100 MB o más. Éstos son muy útiles para hacer copias de seguridad (“backups”). También hay modelos internos y externos. En caso de que sea externo, un Zip Drive puede instalarse por intermedio del puerto paralelo. Con uno interno, se debe poner en la parte frontal de la máquina (sacando primero la tapita de plástico) y luego la conexión puede ser a través de una tarjeta IDE o una SCSI. La única excepción son los llamados Jaz, que son SCSI. Redes La más simple de las redes conecta dos computadoras, permitiéndoles compartir archivos e impresos. Una red mucho más compleja conecta todas las computadoras de una empresa o compañía en el mundo. Una red informática se puede definir como un conjunto de equipos conectados entre sí con la finalidad de compartir información y recursos. Es decir, es un conjunto de ordenadores, impresoras y otros medios informáticos conectados entre sí. Usualmente, con el fin de compartir eficientemente archivos y ejecutar aplicaciones de red, se utilizan tarjetas de interfaz de red (Net Ware? Interface Cards o NIC) y cables para conectar los sistemas. Una red es, en pocas palabras, el lugar físico por donde viaja la información. Componentes de una Red · Servidor Este computador ejecuta el sistema operativo de red y ofrece los servicios de red a las estaciones de trabajo. · Estaciones de trabajo Cuando una computadora se conecta a una red, la primera se convierte en un nodo de la última y se puede tratar como una estación de trabajo o cliente. Las estaciones de trabajos pueden ser computadoras personales con casi cualquier sistema operador. · Tarjeta de interfaz de red Toda computadora que se conecta a una red necesita de una tarjeta de interfaz de red que soporte un esquema de red especifico, como Ethernet, Arc Net? o Token Ring. El cable de red se conectará a la parte trasera de la tarjeta. Hay tarjetas de interfaz de red disponibles de diversos fabricantes. Se pueden elegir entre distintos tipos, según se desee configurar o cablear la red. Los tres tipos más usuales son Arc Net?, Ethernet y Token Ring. Tipos de Computadoras y Redes SALP 6001 Preparado por Prof. Lillian E. Ríos Rodríguez 5 Las diferencias entre estos distintos tipos de red se encuentran en el método y velocidad de comunicación, así como el precio. Actualmente se pueden adquirir tarjetas de interfaz de red que admiten diversos medios, lo que hace mucho más fácil la planificación y configuración de las redes. En la actualidad las decisiones se toman en función del costo, distancia del cableado y topología a utilizar. · Sistema de cableado El sistema de la red está constituído por el cable utilizado para conectar entre sí el servidor y las estaciones de

trabajo. Hace un tiempo el cableado estaba más estandarizado que ahora. Arc Net? y Ethernet usaban cable coaxial y Token Ring usaba par trenzado. El cable coaxial fue uno de los primeros que se usaron, pero el par trenzado fue ganando popularidad. El cable de fibra óptica se utiliza cuando es importante la velocidad, si bien los avances producidos en el diseño de las tarjetas de interfaz de red permiten velocidades de transmisión sobre cable coaxial o par trenzado por encima de lo normal. Actualmente el cable de fibra óptica sigue siendo la mejor elección cuando se necesita una alta velocidad de transferencia de datos. · Recursos y periféricos compartidos Entre los recursos compartidos se incluyen los dispositivos de almacenamiento conectados al servidor, las unidades de discos ópticos, las impresoras, los trazadores y el resto de equipos que puedan ser utilizados por cualquier usuario de la red Las redes se pueden clasificar según su extensión y según su topología. De acuerdo a su extensión o distribución geográfica se pueden tipificar de la siguiente manera: · red de área local (local area network o LAN) Ésta es una red red pequeña (3 a 50 nodos), localizada normalmente en un solo edificio perteneciente a una organización · red de área metropolitana (metropolitan area network o MAN) Una red de área metropolitana es un sistema de interconexión de equipos informáticos distribuídos en una zona que abarca diversos edificios, por medios pertenecientes a la misma organización propietaria de los equipos. Habitualmente, este tipo de redes se utiliza para interconectar redes de área local. Son normalmente redes de fibra óptica de gran velocidad que conectan segmentos de red local de un área especifica, como un campus, un polígono industrial o una ciudad. · red de área amplia o extensa (wide area network o WAN) - Una red de área extensa es un sistema de interconexión de equipos informáticos geográficamente dispersos, incluso en continentes distintos. Permiten la interconexión nacional o mundial mediante líneas telefónicas y satélites. Las Tipos de Computadoras y Redes SALP 6001 Preparado por Prof. Lillian E. Ríos Rodríguez 6 líneas utilizadas para realizar esta interconexión suelen ser parte de las redes públicas de transmisión de datos. La topología de una red define únicamente la distribución del cable que interconecta los diferentes ordenadores, es decir, es el mapa de distribución del cable que forma la red. Define cómo se organiza el cable de las estaciones de trabajo. A la hora de instalar una red, es importante seleccionar la topología más adecuada a las necesidades existentes. Hay una serie de factores a tener en cuenta a la hora de decidirse por una topología de red concreta y son :la distribución de los equipos a interconectar, el tipo de aplicaciones que se van a ejecutar, la inversión que se quiere hacer, el costo que se quiere dedicar al mantenimiento y actualización de

la red local, el tráfico que va a soportar la red local y la capacidad de expansión. Las tres principales maneras de clasificar redes de acuerdo a su topología son: · Anillo Es una de las tres principales topologías de red. Las estaciones están unidas una con otra formando un círculo por medio de un cable común. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo. · Estrella Es otra de las tres principales topologías. La red se une en un único punto, normalmente con control centralizado, como un concentrador (“hub”) de cableado. El concentrador es un equipo que permite estructurar el cableado de las redes. La variedad de tipos y características de estos equipos es muy grande. En un principio eran solamente concentradores de cableado, pero cada vez disponen de mayor número de capacidades, como aislamiento de tramos de red, capacidad de conmutación de las salidas para aumentar la capacidad de la red, gestión remota, etc. La tendencia es a incorporar más funciones en el concentrador. · Bus Es la tercera de las topologías principales. Las estaciones están conectadas por un único segmento de cable. A diferencia del anillo, el bus es pasivo, no se produce regeneración de las señales en cada nodo. Existe otras formas topológicas que en general son combinaciones de las tres antes descritas. Sin embargo, es importante mencionar que no se debe confundir el término topología con el de arquitectura. La arquitectura de una red engloba la topología, el método de acceso al cable y el protocolo de comunicación. Actualmente la topología está directamente relacionada con el método de acceso al cable, puesto que éste depende casi directamente de la tarjeta de red y ésta depende de la topología elegida. Tipos de Computadoras y Redes SALP 6001 Preparado por Prof. Lillian E. Ríos Rodríguez 7 Protocolos Los protocolos de comunicación son las reglas y procedimientos utilizados en una red para establecer la comunicación entre los nodos que tienen acceso a la red. Los protocolos de comunicación definen las reglas para la transmisión y recepción de la información entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan comunicar entre sí es necesario que ambos empleen la misma configuración de protocolos. Los protocolos gestionan dos niveles de comunicación distintos. Las reglas de alto nivel definen como se comunican las aplicaciones, mientras que las de bajo nivel definen como se transmiten las señales por el cable. El protocolo de bajo nivel es básicamente la forma en que las señales se transmiten por el cable, transportando tanto datos como información y los procedimientos de control de uso del medio por los diferentes nodos. Los protocolos de bajo nivel más utilizados son: Ethernet, Token ring, Token bus, FDDI, CDDI, HDLC, Frame Relay y ATM. El protocolo de red determina el modo y organización de la información (tanto los datos como los

controles) para su transmisión por el medio físico con el protocolo de bajo nivel. Los protocolos de red más comunes son: IPX/SPX, DE Cnet?, X.25, TCP/IP, Apple Talk? y Net BEUI?. Servicios de la red La finalidad de una red es que los usurarios de los sistemas informáticos de una organización puedan hacer un mejor uso de los mismos mejorando de este modo el rendimiento global de la organización. Así las organizaciones obtienen una serie de ventajas del uso de las redes en sus entornos de trabajo. Para que todo esto sea posible, la red debe prestar una serie de servicios a sus usuarios, como son: · Acceso Control de acceso - para el control de acceso, el usuario debe identificarse conectando con un servidor en el cual se autentifica por medio de un nombre de usuario y una clave de acceso o contraseña (“password”). Si ambos son correctos, el usuario puede conectarse a la red. Acceso remoto - en este caso, la red está conectada con redes públicas que permiten la conexión de estaciones de trabajo situadas en lugares distantes. Dependiendo del método utilizado para establecer la conexión el usuario podrá accesar a unos u otros recursos. · Archivos y Almacenamiento El servicio de archivos consiste en ofrecer a la red grandes capacidades de almacenamiento para descargar o eliminar los discos de las estaciones. Esto Tipos de Computadoras y Redes SALP 6001 Preparado por Prof. Lillian E. Ríos Rodríguez 8 permite almacenar tanto aplicaciones como datos en el servidor, reduciendo los requerimientos de las estaciones · Impresión Permite compartir impresoras entre múltiples usuarios reduciendo gastos. Existen equipos servidores con capacidad de almacenamiento propio donde se almacenan los trabajos en espera de impresión, lo cual permite que los clientes se descarguen de esta información con más rapidez. · Correo electrónico El correo electrónico es la aplicación de red más utilizada. Permite claras mejoras en la comunicación frente a otros sistemas. Por ejemplo, es más cómodo que el teléfono porque se puede atender al ritmo determinado por el receptor, no al ritmo de los llamantes. Además tiene un costo mucho menor para transmitir iguales cantidades de información. Frente al correo convencional tiene la clara ventaja de la rapidez. · Información Permite compartir programados, bases de datos, gráficos y cualquier tipo de archivo, además de la posibilidad de acceso a información a través del internet. · Otros Estaciones integradas con voz y datos, telefonía integrada, sevidores de imágenes y videoconferencias, entre otros. Para más información sobre redes, el internet, su historia y otros asuntos relacionados, visite el sitio

1.4 Componentes de un Sistema de Computo

En base a la función que realiza un sistema de cómputo tiene cuatro componentes: entrada, procesamiento, salida y almacenamiento.

ENTRADA: Es la operación de lectura que hace la computadora de los datos.

PROCESAMIENTO: Son las operaciones de cálculo ( suma, resta, multiplicación, división, exponenciación ) y lógicas (menor, maryor, igual o <, , =) que una computadora realiza a los datos.

ALMACENAMIENTO/SALIDA: Son las operaciones de escritura que hace la computadora de los datos procesados.

CAPACIDADES DE UN SISTEMA :

Un sistema de cómputo presenta cuatro capacidades importantes y que de manera definitiva influyen en el usuario para usarlo:

VELOCIDAD: Realización de varias actividades ejecutando instrucciones. Estas se miden en milisegundos, microsegundos, nanosegundos y picosegundos ( milésima, millonésima, mil millonésima y billonésima de segundo ). PRECISION: Prácticamente en un sistema no ocurren errores. CONFIABILIDAD: Son expertos en tareas repetitivas, no toman descansos ni se quejan. CAPACIDAD DE MEMORIA: Los sistemas tienen una memoria total e instantánea de los datos y una capacidad casi ilimitada de almacenamiento. Con el fin de comprender mejor la estructura de un sistema de cómputo en este curso se tratarán por separado el Software y Hardware. l terminar.

nancy neri diaz miguel liñan rodriguez

Componentes de la Computadora

Todas las computadoras, desde el más pequeño microsistema hasta los más complejos, están compuestos de cuatro componentes básicos. Estos componentes son:

Unidad Central de Proceso: También llamada CPU o UCP, está formado por dos unidades principales: La unidad de Control, representa el “corazón” de un computador, encargándose de controlar y coordinar toda la actividad del procesamiento de datos, incluyendo el control de todos los dispositivos de

Entrada/Salida (en adelante E/S), coordinar la entrada y salida de datos e información de las diferentes memorias, determinar las direcciones de las operaciones aritméticas y lógicas, y seleccionar, interpretar y enviar a ejecutar las instrucciones de los programas. La unidad aritmética y lógica, es la encargada de ejecutar todos los cálculos matemáticos (Suma, resta, multiplicación y división) y todas las comparaciones lógicas. Unidades de Memoria: Un computador personal posee básicamente dos tipos de memoria: La Memoria Principal, dividida a su vez en memoria sólo de lectura (ROM: Read Only Memory), y la memoria que puede leerse, borrarse y actualizarse (RAM: Random Access Memory). La ROM es el área de la memoria donde el fabricante de la computadora graba todos los datos e instrucciones necesarias para el funcionamiento del computador. El usuario tiene acceso a esta memoria para leerla pero no puede grabar ni cambiar absolutamente nada en ella. El contenido de esta memoria es permanente y con la ausencia del flujo electrónico no desaparece.

La RAM es el área de memoria principal disponible para satisfacer las necesidades de programación del usuario, es allí donde se guardan los datos y los programas a ejecutarse en un momento determinado. Esta memoria es volátil, significa que su contenido se pierde al apagarse el computador. Generalmente el tamaño de memoria de los computadores está determinado por la cantidad de memoria RAM que posea.

La Memoria Auxiliar. La capacidad de almacenamiento en memoria principal es limitada, situación diferente se presenta para la memoria auxiliar que es ilimitada, todo medio magnético, diskette, zip, cassette, cinta, disco, cd, etcétera, se considera como memoria auxiliar sirviendo este para guardar todos los datos y programas deseados. Dispositivos de Entrada y /o Salida: Nunca debe haber confusión entre dispositivo y medio magnético, los dispositivos son las máquinas electromecánicas que manipulan los medios magnéticos. Existen dispositivos de entrada y/o salida de toda índole. Una computadora debe tener al menos un dispositivo de entrada y otro de salida o uno con las dos funciones.

El Hard Ware ? Según la Organización Internacional de Estándares, el Hardware son todos los dispositivos físicos utilizados en el procesamiento de datos, que en su conjunto forman una computadora o un Sistema de Cómputo. Por lo que podemos decir que hardware es todo lo que el usuario puede ver y tocar en un sistema de computación, por ejemplo, el monitor, el teclado, las unidades de

disco, la impresora, el mouse, scanner, etcétera. El Soft Ware ? Según la Organización Internacional de Estándares, el Software son todos los programas, procedimientos, reglas y cualquier documentación relacionada a la operación de un Sistema de Cómputo. Por lo anterior, es todo lo que no podemos ver, mucho menos tocar, o ¿puedes tocar un programa? El Firm Ware ? El Firm Ware es un concepto recientemente introducido y se refiere a la lógica “alambrada” para realizar ciertas funciones incorporadas en ciertas computadoras, a menudo en forma de ROM. Procesamiento de la Información Las computadoras son complejas desde el punto de vista técnico, pero simples desde el punto de vista conceptual. Un sistema de computadora tiene sólo tres componentes fundamentales para el procesamiento de información: Unidades de Entrada, Unidades de Salida y/o Almacenamiento, y Unidades de Proceso. La Unidad de Proceso es la más importante. Es la responsable de todo el trabajo en la computadora. Controla el ingreso, almacenaje, proceso y salida de los datos por medio de órdenes directas o previamente almacenadas. A la unidad de proceso también se le conoce popularmente como CPU.

Un sistema de cómputo puede compararse con el sistema biológico del cuerpo humano. El cerebro es la unidad de proceso, los ojos y oídos son componentes de entrada que envían señales al cuerpo. Las cuerdas vocales, por ejemplo, podrían ser los componentes de salida.

El sistema de informe de calificaciones, ilustra la interacción entre los tres componentes del sistema de computadora. Las calificaciones que los alumnos obtienen en sus clases son proporcionadas como entrada al sistema. Estas se almacenan (salida) en el archivo personal de cada estudiante. El informe de calificaciones se produce cuando el componente de procesamiento ejecuta un programa, generando un reporte impreso de calificaciones.

Los datos se introducen (entrada) utilizando generalmente un teclado semejante al de una máquina de escribir, y se visualiza (salida) en una pantalla parecida a una televisión.

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