Transformación de los Datos en Información

leCCIÓN 7

Esta lección incluye las siguientes:

• Cómo Representa los Datos una Computadora

• Cómo Procesa Datos una Computadora

• Factores que Afectan la Velocidad de Procesamiento

• Extensión de la Potencia del Procesador a Otros Dispositivos

• Números Binarios

• El Sistema de Numeración Binario

• Bits y Bytes

• Códigos de Texto

Cómo Representa los Datos una Computadora

Cómo Representa los Datos la Computadora– Números Binarios

• En la Computadora el Proceso es realizado por transistores, los cuales son interruptores con dos estados posibles: on (encendido) y off (apagado)

• Todos los datos en la computadora son convertidos en series de números– 1 y 0 en binario. Por ejemplo, el usuario ve una “oración gramatical” como un grupo de letras, pero la computadora ve cada letra como un grupo de 1’s y 0’s.

• Si a un transistor se le asigna el valor 1, está en “on”. Si tiene un 0, está en “off”. Los transistores de la computadora pueden permutar “de 0 a 1” millones de veces por segundo.

Diez símbolosdiferentesen el sistemadecimal

Números mayores de 9 utilizan

más de 1 dígito

Base 10 Base 2

0 0

1 1

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

10 1010

• Para convertir datos en cadenas de números, las computadoras utilizan el Sistema de Numeración Binario.

• Humanos usamos el Sistema Decimal (“deci” significa “10” en latín).

• El Sistema de Numeración Binario trabaja igual que el Sistema Decimal, pero tiene sólo dos símbolos disponibles (0 y 1) en lugar de diez (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9).

Sistema de Numeración Binario

• La unidad de datos más pequeña se llama “bit”, y tiene un valor de “1” o de “0”

• Las Computadoras trabajan con agrupamientos de bits, uniéndolos para representar elementos de datos mayores, tales como letras del alfabeto.

• Ocho bits forman un “byte”. La cantidad de memoria necesaria para almacenar un Caracter Alfanumérico es un byte.

• Con un byte, la computadora puede representar uno de 256 diferentes símbolos o caracteres.

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Cómo Representa los Datos la Computadora- Bits y Bytes

1 0 1 1 0 0 1 01 0 0 1 0 0 1 01 0 0 1 0 0 1 11 1 1 1 1 1 1 1

• Un Código de Texto es un sistema que usa números binarios (1’s y 0’s) para representar caracteres que los seres humanos puedan entender (letras y números).

• Uno de los primeros sistemas de Códigos de Texto,

llamado EBCDIC, usa códigos de ocho-bits, pero es empleado principalmente en las computadoras “Mainframe” antiguas.

• En el Código ASCII (el más común de los códigos de texto), cada caracter consta de ocho-bits (un byte) de datos. El ASCII es utilizado en la mayoría de los PC.

• En el Código UNICODE, cada caracter consta de 16 bits (dos bytes) de data (65536 caracteres o símbolos)

Cómo Representa los Datos la Computadora – Códigos de Texto

Código Caracter

00110000 0

00110001 1

00110010 2

00110011 3

00110100 4

00110101 5

01000001 A

01000010 B

01000011 C

01000100 D

01000101 E

Ejemplos del CódigoASCII

Dónde ocurre el Procesamiento:

• Unidad de Control

• Unidad Aritmético Lógica

• Ciclos de Máquina

• El Rol de la Memoria en el Procesamiento

• Tipos de RAM

Cómo Procesan Datos las Computadoras

• El Procesamiento ocurre en la Unidad Central del Procesamiento (CPU) del PC.

• La Memoria del Sistema también desempeña un rol crucial en el Procesamiento de los Datos.

• Tanto el CPU como la Memoria están instalados en la Tarjeta Madre del Sistema (Motherboard), la cual conecta todos los dispositivos de la computadora, permitiendo que se comuniquen entre sí.

Cómo Procesan Datos las Computadoras – Dónde ocurre el Procesamiento

MEMORIA

RAM

• Las dos partes principales del CPU son la Unidad de Control y la Unidad Aritmético Lógica (ALU)

• La Unidad de Control dirige el flujo de datos a través del CPU, hacia y desde otros dispositivos.

• La Unidad de Control almacena el Microcódigo del CPU, el cual contiene todas las instrucciones que el CPU puede ejecutar.

Cómo Procesan Datos las Computadoras – La Unidad de Control

ENTRADA SALIDA

CPU

RAM

ALMACENAMIENTO

• La manipulación real de los datos se realiza en la Unidad Aritmético Lógica (ALU)

• La ALU puede ejecutar operaciones lógicas y operaciones aritméticas.

• Está conectada a un conjunto de registros—pequeñas áreas de memoria en el CPU, la cual almacena instrucciones de programa y datos mientras están siendo procesados.

Cómo Procesan Datos las Computadoras – Unidad Aritmético Lógica (ALU)

Operaciones

Aritméticas

Operaciones

Lógicas

+ Suma , igual a, no igual a

Resta >, |> mayor que, no mayor que

x Multiplicación <, <| menor que, no menor que

División , | mayor que o igual a,

no mayor que o igual a

^ Elevar a Potencia , | menor que o igual a,

no menor que o igual a

ALU Operations ListOperaciones de la ALU

• El CPU cumple un conjunto de pasos-conocido como ciclo de máquina-para cada instrucción que ejecuta.

• Aplicando una técnica llamada “proceso pipeline”, muchos CPU’s pueden procesar más de una instrucción a la vez.

• El Ciclo de Máquina incluye dos ciclos menores:

Durante el ciclo de instrucción, CPU “trae" un comando o data de la memoria y lo "descifra".

Durante el ciclo de ejecución, el CPU lleva a cabo la instrucción, y puede almacenar su resultado en la memoria.

Cómo Procesan los Datos las Computadoras – Ciclos de Máquina

• La RAM almacena data e instrucciones de programa requeridos por el CPU. Los contenidos de la RAM cambian rápida y frecuentemente.

• La Memoria de sólo lectura (ROM) es no volátil (o permanente). Contiene instrucciones de inicio que la computadora ejecuta al conectar la máquina.

• El CPU accede a cada localidad en la memoria RAM utilizando un número único, conocido como “dirección de memoria”

Cómo Procesan los Datos las Computadoras –El Rol de la Memoria RAM

Favor enviar los datos en ranura número:

OK, aquí van.

Hay dos tipos básicos de RAM: estática y dinámica

• Los chips de la RAM Dinámica (DRAM) tienen que ser recargados con electricidad muy frecuentemente, o perderán sus contenidos.

• La RAM Estática (SRAM) no requiere ser recargada

tan a menudo como la DRAM, y puede conservar su contenido por más tiempo.

Otro tipo de RAM, llamado “flash memory” (Memoria Instantánea), puede almacenar su contenido después que se apaga la máquina. Se usa en Cámaras Digitales.

Cómo Procesan Datos las Computadoras - Tipos de RAM

• Registros

• RAM

• Reloj del Sistema

• El Bus

• Memoria Caché

Factores que afectan Velocidad de Procesamiento

• El CPU contiene cierta cantidad de pequeñas áreas de memoria, conocidas como Registros, los cuales almacenan datos e instrucciones mientras el CPU los procesa.

• El tamaño de los Registros (también conocido como “tamaño de palabra”) determina la cantidad de data que la computadora puede manejar a la vez.

• Actualmente, la mayoría de las PCs tienen Registros de 32-bits, lo que significa que el CPU puede procesar cuatro bytes de data a la vez. El tamaño de los Registros está creciendo rápidamente a 64 bits.

Factores que Afectan Velocidad de Procesamiento – Registros

• Cantidad de RAM en un PC tiene un efecto directo sobre la velocidad del sistema.

• A mayor cantidad de RAM en el PC, mayor cantidad de instrucciones y data pueden ser almacenados en RAM, la cual es más rápida que el Disco Duro.

• Si el PC no tiene suficiente RAM para ejecutar un programa, tiene entonces que mover los datos entre la RAM y el Disco Duro frecuentemente. Este proceso, llamado “swapping”, puede disminuir sustancialmente el rendimiento del PC.

Factores que Afectan Velocidad de Procesamiento – RAM

A más RAM más OS puede cargarse al Arrancar el PC

A más OS en RAM

Menos “swapping” de RAM a Disco Duro

Disco Duro es más lento que RAM. Menos “swapping” más rápidez del PC

7 MB de HD a la RAM al Inicio

16 MB de RAM

Mucho

Swapping

16 MB RAM

LENTO

16 MB de HD a la RAM al Inicio

64 MB de RAM

Poco

Swapping

64 MB RAM

RÁPIDO

Más RAM = Mejor Rendimiento!

• Reloj del Sistema establece la velocidad del CPU mediante las vibraciones de un cristal de cuarzo.

• Un simple "tick" del reloj es el tiempo requerido para encender o apagar un transistor. Se llama ciclo de reloj.

• Ciclos del Reloj se miden en Hertz (Hz), una medida de ciclos por segundo. Si una computadora tiene un reloj de 300 MHz, entonces su reloj produce 300 millones de "ticks" por segundo.

• A mayor velocidad del Reloj del Sistema, mayor cantidad de instrucciones ejecuta el PC por segundo.

Factores que Afectan Velocidad de Procesamiento –Reloj del Sistema

• Un “bus” es una ruta entre los componentes de una computadora. Los datos y las instruciones viajan a lo largo de esas rutas.

• El ancho del Bus de Datos determina cuántos bits pueden ser transmitidos entre el CPU y otros dispositivos.

• El Bus de Direcciones funciona solamente entre el

CPU y la RAM, y sólo transporta direcciones de memoria para que las utilice el CPU.

• Los Dispositivos Periféricos están conectados al CPU a través de un Bus de Expansión.

Factores que Afectan Velocidad de Procesamiento –El Bus

• La Memoria Caché es una memoria que almacena los datos y las instrucciones que hayan sido cargadas por el CPU.

• La Caché es ubicada directamente en el CPU o entre el CPU y la RAM, lo cual hace que la Memoria Caché sea más rápida que la RAM normal.

• El Caché Residente en CPU se conoce como Caché de Nivel 1 (Level-1 “L1” cache). El Caché Externo es conocido como Caché de Nivel 2 (Level-2 “L2” cache).

• La cantidad de Memoria Caché instalada tiene un significativo impacto en la velocidad del PC.

Factores que Afectan Velocidad de Procesamiento –Memoria Caché

• Puertos

• Ranuras de Expansión y Tarjetas

Extensión de la Potencia del Procesador a otros Dispositivos

• Dispositivos Externos—tales como los de Entrada y Salida— se conectan al sistema a través de los Puertos ubicados en la parte posterior del PC.

• Las PCs vienen equipadas con una cierta cantidad de Puertos Internos, los cuales están configurados para aceptar dispositivos tales como Impresora, Mouse, Teclado, Línea Telefónica, Micrófono y Cornetas, y otros.

• La mayoría de las computadoras vienen con un Puerto Serial y un Puerto Paralelo. Un Puerto Serial transmite un “bit de datos” a la vez; un Puerto Paralelo transmite un “byte” a la vez.

Extensión de la Potencia del Procesador a Otros Dispositivos – Puertos

• Si el PC no tiene Puerto para un Dispositivo Externo, se le puede instalar una Tarjeta de Expansión en alguna de las Ranuras de Expansión disponibles.

• Una Tarjeta proporciona el Puerto correcto para el nuevo dispositivo, y lo conecta al CPU a través del Bus de Expansión de la computadora.

• Las nuevas tecnologías, tales como la “Universal Serial Bus (USB)” y la IEEE 1394 permiten que muchos dispositivos se conecten a un Puerto.

• “Small Computer System Interface (SCSI)” es un estándar antiguo (para el año 2005) que permite la extensión del Bus para múltiples dispositivos a través de un solo Puerto.

Agregar Otros Dispositivos – Ranuras de Expansión y Tarjetas