Introducción a Tecnologías de la Información Conceptos fundamentales

Introducción a Tecnologías de la Información

Conceptos fundamentales

La Informática

Capítulo Introductorio

1.1 Introducción

La necesidad realizar tareas secuenciales y repetitivas, de cálculo y de gestión.

Con la masificación de las computadoras, La ciencia y tecnología de la Computación e Informática pasan a estar entre las más promisorias.

Sus avances han causado gran impacto en la sociedad y ha cambiado al vida laboral y privada de la gente.

1.2.1Definiciones

InformáticaInformática = IFORmación + AutoMATICADatoDato = secuencia de símbolos procesables e interpretablesInformaciónInformación = interpretación de datosComputadoraComputadora = Máquina procesadora de datos, vía algún programa ProgramaPrograma = Secuencia de instrucciones que procesa datosAplicaciónAplicación = Programas de apoyo a alguna actividad personal u organizacionalSistemas informáticosSistemas informáticos = Conjunto de elementos (recursos) para explotar las aplicaciones.

1.2.2 Recursos de un Sistema Informático

Hardware = Computadores, periféricos, cables de red, impresoras,...

Software = Aplicaciones de usuario final, Herramientas de construcción de aplicaciones,..

Firmware = programas grabadas en la circuitería del hardware (ejemplo: en la ROM).

Personal Informático = Recurso Humano

1.3 Representación de datos

Datos y programas están codificadas en el sistema binario (un bit es 1 o 0).

Unidades de medida 1 Byte = 8 Bit 1 Kilobyte (KB) = 210 bytes = 1024 byte 1 Megabyte (MB) = 220 bytes = 210 KB = 1024 KB 1 Gigabyte (GB) = 230 bytes = 210 MB = 1024 MB 1 Terabyte (TB) = 240 bytes = 210 GB = 1024 GB 1 Petabyte (PB) = 250 bytes = 210 TB = 1024 TB

Ejemplo

100 hojas,cada una con capacidad de 80*60 caracteres, cuanto espacio de almacenamiento necesita?80*60*100 = 240.000 caracteres = 240.000 B (byte) = 234,375 KB = 1.920.000 bits

1.4 Estructura de un Computador

Unidades Masivas Unidades Masivas de Almacenamientode Almacenamiento

UnidadesUnidadesdede

EntradaEntrada

UnidadesUnidadesdede

SalidaSalidaUnid. A.LUnid. A.L.

Unid.ControlUnid.Control

CPUCPU

ComputadorComputador

Memoria Principal

1.4.2 Factores relevantes

Factores que influyen en la potencia de un computador:

Frecuencia del reloj interno (generador de pulsos)

Ancho de banda (bus de datos interno)Longitud de palabra (8,16,32 y 64 bits)Memoria principal (RAM)

Un PC •Procesador AMD Athlon™ 1 GHzChasis convertible sobremesa/minitorre256 KB de memoria caché/256KB de segundo nivel128MB de memoria SDRAM a 133MHz30GB de disco duroLector de DVD-ROM: 16XTarjeta gráfica: Savage4 integrated 8 MB SDRAMMonitor: NEC VR17 de 17"Tarjeta de sonido: integrada en placaAltavoces: Labtec® LCS-2414Modem: PCI 56K V90Microsoft® Windows® 98Paquete de software multimedia con: Word 2000, Works 2000, Money 2000, MS Flight Simulator, IBM Voice Express, Salvat 99, AND Route Europe 2000, Norton Antivirus 2000 y Acrobat Reader 4.0..Un año de garantía a domicilio (en mano de obra y piezas) y asistencia telefónica de por vida

1.5 El Software

Uno o más programas, desarrollados en algún lenguaje de programación.Lenguaje de programación (instrucciones) Lenguaje de máquina (dependiente de la

máquina) Lenguaje de alto nivel (C, C++, Java, Cobol,

Pascal, Fortran,..) Traductores (Compiladores e Intérpretes)

La ejecución real es realizada por el Sistema Operativo

Tipos de Software

El sistema operativo (S.O.) : El gran administrador de los recursos del computador

(Unix (ultrix,unix V, Solaris, linux,...), DOS, Windows.... Netware , OS2,...,VMS,...

Algunos Tipos de S.O.MonousuarioMultiusuarioMultiproceso

Clasificación

Software Básico Sistema operativo,traductores, cargadores,...

Software de construcción Lenguajes de Programación,Herr. Case, Adm.

Bases de Datos,...

Software de Aplicación Paquetes de Software (Lotus, Word,...) Aplicaciones específicas (Remuneraciones,

Facturación, Contabilidad,...)

1.52 Organización de los datos

Bits (10010100010101...)

Bytes (A2F4441BFF...) (8 bits)

Símbolo (A, +, &, a, B, b,...)

Números, letras, palabras, dato

Lista o conjunto de datos (archivos)

Conjunto de archivos (base de datos)

1.6 Clasificación

Analógicas / Digitales / Híbridas

Supercomputadoras billones de operaciones / seg , con

procesadores en paraleloSimulación de modelos complejos

Macrocomputadoras (Mainframe)Uso intensivo en Memoria, procesamienot y

E/S

1.6 Clasificación

MinicomputadoraSimilar al Mainframe, en escala menor

Estaciones de TrabajoComputador personal de alta potenciaUtilización en tareas específicasCPU RISC, S.O. UNIX

Ordenadores personalesComputadora monousuario, de uso general

1.7 Aplicaciones de la informática

Porqué de la informáticaVolumen explosivo de datosEvitar la duplicación de datos en distintos

procesosRealización de tareas repetitivas y rutinariasProcesamiento distribuido de datosNecesidad de precisión y rapidezGlobalización de los mercadosToma de decisiones en la gestión empresarial

1.7.2 Tendencias y aplicaciones

Inteligencia artificial, Informática Gráfica, Realidad virtual

Aplicaciones industriales y de ingenieríaProcesamiento de datos administrativosCientíficas, médicas y biológicasMilitaresEducaciónArte y humanidadesOtros

Tarea

Investigar acerca de las siguientes temáticas:Partes y piezas y funcionamiento del

Computador (PC)Estructura y recursos de un centro de

cómputosClasificación de las computadorasAplicaciones de la informática (Profundizar en

un producto)

Representación de la Información

Introducción

Un computador trata con datos y programas que los procesa. ¿Cómo se representan ?

Bits (10010100010101...)Bytes (A2F4441BFF...)Símbolo (A, +, &, a, B, b,...), o caracteresNúmeros, letras, palabras, datoLista o conjunto de datos (archivos)Conjunto de archivos (base de datos)

Existe una relación entre caracteres y sistema o código binario

{Caracteres} {0,1}n

Ejemplo: carácter Código A 100

[notación: (100)2] B 011 C 110 D 111 E 101{A,B,C,D,E} {0,1}3

Notación: (100)2

Sistema de numeración

Sistemas de numeración más utilizados: Decimal

{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}n Ej: (1256,5)10

Binario {0,1}n Ej. (101110)2

Octal {0,1,2,3,4,5,6,7}n Ej (72146)8

Hexadecimal {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}n Ej. (FF012A)16


Representación posicional de un sistema numérico en base b, en general:

(dn-1dn-2...d1d0.d-1d-2....d-m)b =

dn-1*bn-1+dn-2*bn-2+...+d1*b1+d0*b0+d-1b-1

+d-2*b-2+....+d-m*b-m =

10

m

1nk

kk b*d


Representación posicional de un sistema numérico en diferentes bases, ejemplo:

(165,4)8 = 1*82+6*81+5*80+4*8-1=(117,5)10

(1011,01)2 = 1*23+0*22+1*21+1*20+0*2-1+1*2-2=

(FA13,B)16= 15*163+10*162+1*161+3*160+11*16-1=

Operaciones BinariasSuma Resta Producto División

A B A+B A-B A*B A/B

0 0 0 0 0 Indetermina-do

1 0 1 1 0 Infinito

0 1 1 1 y debo 1

0 0

1 1 0 y Reservo 1

0 1 1

Ejemplos

1001101110 1001001 11001011*101

+1110000111 - 110011

100111001*10 11010 : 10

Relación con otras basesDec Bin Oct Hex Dec Bin Oct Hex

0 0 0 0 9 1001 11 9

1 1 1 1 10 1010 12 A

2 10 2 2 11 1011 13 B

3 11 3 3 12 1100 14 C

4 100 4 4 13 1101 15 D

5 101 5 5 14 1110 16 E

6 110 6 6 15 1111 17 F

7 111 7 7 16 10000 21 10

8 1000 10 8 17 10001 22 11

Equivalencia Binaria, Base 3, Oct. y Hex.

1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0

2 3 0 1 1 2 3 2

1 3 0 5 5 6

B 1 6 E

Binaria

Base4

Octal

Hexadec.

Utilizando la equivalencia de la tabla anterior, podemos transformar, fácilmente, un número de una base a otra, sólo dividiendo el número y agrupando de manera correcta

Ejemplo : (1011000101101110)2

Equivalencia Binaria, Base 3, Oct. y Hex.

B 1 6 E

1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0

1 3 0 5 5 6

Hexadec

Binaria

Octal

Utilizando la equivalencia de la tabla anterior, podemos transformar, fácilmente, un número de una base a otra, sólo dividiendo el número y agrupando de manera correcta

Ejemplo : (B16E)16

Cambio de BaseHemos revisado el método para transformar número en base b a otro de base 10. También, hemos revisado el método inverso

En general, para transformar un número de base b en otro de bases c, se puede puede utilizar la base 10 como intermedio:

(x)b => (y)10 => (z)c

Ejemplo : (110)2 => (6)10 => (11)5

Códigos de E/SSi es el conjunto de m caracteres de E/S y es el conjunto de símbolos de representación interna (con largo de n bits):

={0,..,9,a,..,z,A,..,Z!”·$%&/()..}

={0,1}n

Entonces n es de largo tal que m <= 2n

o log2 m >= n

NOTA: n es el largo de la PALABRA

Códigos de Representación BCD (Binary Coded Decimal) :

n = 6 (cada carácter es representado por 6 bits) m = 26=64 (podemos representar 64 caracteres) 1 bit adicional de paridad ( n = 7)

EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) n = 8 (cada carácter es representado por 8 bits) m = 28=256 (podemos representar 256 caracteres)

ASCII(American Standard Code for Information Interchange) n = 7 (cada carácter es representado por 7 bits) m = 27=128 (podemos representar 128 caracteres) 1 bit adicional de paridad ( => n = 8) n = 8 y m= 256 ASCII EXTENDIDO

Representación de Tipos de Datos

Lógicos : V=1, F=0Hacer 0 todos los bits para representar F y

hacer 1 todos los bits para representar VHacer 0 el bit más a la derecha para F y

hacer 1 el bit más a la derecha para VHacer 0 todos los bits para F y hacer 1

cualquier bit de la palabra para representar V

Representación de Tipos de Datos

Carácter : se representan por medio de la secuencia de bits (8 bits o 1 Byte) (ASCII o EBCDIC)

Tipo de Dato EnteroMódulo y Signo

Ejemplo

S M

45 0 00000101101

- 45 1 00000101101 ( n = 12)

Obs:

Rango simétrico : -2n-1+1 <= X <= 2n-1-1

0 00000.. y 1 00000... representan el 0

Tipo de Dato Entero

Complemento a 1 (C-1)

S M

45 0 00000101101

- 45 1 11111010010 (n=12)

Obs:Rango simétrico : -2n-1+1 <= X <= 2n-1-1

0 00000.. y 1 111111... representan el 0

Tipo de dato enteroComplemento a 2 (C-2)

S M 45 0 00000101101

+ 1(C-1) - 45 1 11111010010 (C-2) - 45 1 11111010011

Obs:Se ignora el último “acarreo”Rango asimétrico : -2n-1 <= X <= 2n-1-1 0000000.. representan el 0

Tipo de dato enteroExceso a 2n-1

Si la palabra es de 8 bits (n=8) entonces el exceso es:

2n-1 = 2 8-1 = 27 = 128

Así

45 -> 45+128 = 173 = (10101100)2

-45 -> - 45+128 = 83 = (01110110)2

Obs: Rango asimétrico : -2n-1 <= X <= 2n-1-1

10000000.. representan el 0

Tipo de dato entero

BCDEjemplo con palabra tamaño n = 16

45 0000 0000 0100 01012

- 45 0001 0000 0100 01012

Obs: Cada digito se representa por su corres-pondiente código

BCD 0001 corresponde al símbolo negativo

Tipo de dato realNotación exponencial, científica o de punto flotante Número = mantisa * baseexponente

Ejemplo, en el sistema decimal :

56981,23 = 0,5698123 * 105 (5 dígitos en parte entera)

Mantisa = 5698123Base = 10Exponente = 5


Ejemplo, en el sistema binario :

(56981,23)10 = (1101111010010100,1110101110000)2

= 0,11011110100101001110101110000 *216

(16 dígito en la parte entera)Mantisa = 11011110100101001110101110000Mantisa (C-1) = 11011110100101001110101110000Base = 2Exponente = 16



(-56981,23)10 = -(1101111010010100,1110101110000)2

= - 0,1101111010010100111010111 *216

(16 dígito en la parte entera)Mantisa = - 1101111010010100111010111 Mantisa (C-1) 1 0010000101101011000101000Base = 2Exponente = 16

Tipo de dato realNotación exponencial, científica o de punto flotante

Número = mantisa * baseexponente


(0,008254)10 = (0,000000100001110)2

= 0,100001110 *2-6

(16 dígito en la parte entera)

Mantisa = 100001110

Mantisa (C-1) =0 100001110

Base = 2

Exponente = -6

Tipo de dato realNotación exponencial, científica o de punto flotante

Número = mantisa * baseexponente


(- 0,008254)10 = (-0,000000100001110)2

= -0,100001110 *2-6

Mantisa = - 100001110

Mantisa C-1 = 1 011110001

Base = 2

Exponente = -6

Tipo de dato real

Signo (1 bit) Exponente (8 bits) Mantisa (23 bits)

Signo (1 bit) Exponente (11 bits) Mantisa (52 bits)

•La cantidad de bits para la representación de un valor real está dada por el tamaño de la palabra, la que define el grado de precisión del valor representado. Normalmente se utilizan 32 o 64 bits, distribuidos de la siguiente forma:

Tipo de dato realSon varias las alternativas para representar los valores enteros de Exponente, Mantisa y la Base:

Exponente : MS y ExcesoMantisa : C-1 o C-2Base : 2 o potencia de 2Signo del exponente : 0 = positivo, 1 = negativo

Signo (1 bits) Exponente (8 bits) Mantisa (23 bits)

Signo (1 bits) Exponente (11 bits) Mantisa (52 bits)

0 00000110 11111111111111010010110

Tipo de dato real

Ejemplo : Exponenente : MS

Mantisa : C-1

Base: 2 y n=32

-45,125 = - 101101,001 = - 101101001*2-6

Mantisa = - 0000000000000101101001 (22 bits)Mantisa (C-1) = 1 1111111111111010010110 (23 bits)Base = 2Exponente = 6 = 00000110 (8 bits)Signo Exponente = 0 (positivo) (1 bit)

00000011011111111111111010010110

TareasUtilizando los métodos vistos en clases, utilice la planilla Excel para el proceso de cambio de bases:

10 a cualquier otra base. De cualquier base a base 10 De cualquier base a cualquier otra base

Investigar sobre y generar informe en Word Tabla de códigos ASCII y la EBCDIC, BCD Para cada tabla de código, tabule los símbolos y

sus correspondientes representaciones en Binario, Octal y Exadecimal

Representación de los tipos de datos almacenados en la memoria RAM

Estructura de un computador

Transferencia de datos entre unidades mediante bus de datos Interno (hacia y desde CPU, RAM,..) Externo (hacia y desde DD,

CD,Teclado,Mouse,...)

UnidadA

UnidadB

Controladory un puerto E/S

Bus de datos Ext.

0101001010010101

Bus de datoInterno

Placa base

Placa Base


Transferencia de datos entre unidades mediante bus de datos Interno (hacia y desde CPU, RAM,..) Externo (hacia y desde DD,

CD,Teclado,Mouse,...)

Bus de Datos

CPU Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1


Bus de direcciones : un dato a ser transportado está almacenado en alguna dirección de memoria o del periférico, el bus de direcciones transporta dicha dirección.

Bus de Datos

CPU Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

RAMRAMBus de direcciones


Bus de Control : Transportan señales de control y de estado, para dirección de transferencia de datos, temporización de eventos de eventos y transmisión de interrupción

Bus de Datos

CPU Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

RAMRAMBus de direcciones Hilos de control

Memoria RAM

Memoria interna del computador

Cada byte (8bits) de la memoria posee una dirección específica, cuyo espacio está definido por el tamaño del bus de direcciones (si el tamaño del bus es de 32 bits, es posible direccionar hasta 4 GigaByte de memoria aprox.)

Memoria RAM

Factores de potencia:Tiempo de acceso t : tiempo máximo de

lectura/escritura (de una palabra)Tiempo de ciclo tc : tiempo mínimo entre

dos lecturas consecutivasAncho de banda AB : Número de palabras

que se transfiere entre la CPU y la RAM por unidad de Tiempo. AB=1/tc

Registros de la RAM

Registro de Direcciones de MemoriaRegistro de Direcciones de Memoria

Decodificador de DirecciónDecodificador de Dirección

Memoria Principal (RAM)Memoria Principal (RAM)

Registro de DatosRegistro de Datos

Bus de datos y bus de direcciones

Dirección

Dato

Jerarquía de la memoria RAM

Memoria Virtual : La de porción de la memoria RAM que no se está utilizando se almacenada en Disco Duro, y se carga cuando se le necesita

Memoria Caché : Memoria pequeña intermedia entre la CPU y la RAM, es de acceso rápido y almacena los últimos datos utilizados

Parámetros de comparación de la Memoria

c: Costo

b: Ancho de Banda (bit/seg)

t: Tiempo de Acceso (nanosegundos)

s: Capacidad de Almacenamiento (MB)

Parámetros de comparación de la Memoria

•Registro de CPU•Memoria Caché•Memoria Principal•Discos Magnéticos•Cintas Magnéticas•Discos Opticos (CD)

c,b t,s

Unidad Central de Proceso (CPU)

Es un CHIP llamado Procesador

Ejecuta las instrucciones de un programa almacenado en la memoria RAM

Posee dos elementos funcionales: Unidad Aritmética y lógica Unidad de Control

Unidad Aritmética y Lógica

La unidad de control le indica qué operación (aritmética o lógica) debe ejecuta.Posee un circuito operacional (ejecutor) y 3 registros (32 o 64 bits) complementarios: Registro de entrada (RE): contiene el datos sobre

la cual se va a realzar la operación. Registro de estado (RS): bits indicando el estado

de la ultima operación(desbordamiento,signos,..) Registro acumulador: contiene el resultado de

cada operación.

Esquema de la unidad Aritmético-Lógico

RegistroRegistrode Estadode Estado

Registro AcumuladorRegistro Acumulador

Registro de entradaRegistro de entrada

CircuitoCircuitoOperacionalOperacional

Bus de datosBus de datos

Unidad de ControlAdministra todos los recursos de la computadora, para ello:Controla la secuencia en que se ejecutan las

instrucciones.Controla el acceso del procesador a la

memoria principal.Regula lo tiempos de todas las operaciones

que ejecuta la CPU.Envía señales de control y recibe señales de

estado del resto de l as unidades.

Unidad de Control

Posee:Contador de programas (CP): contiene la

dirección de la próxima instrucción a ejecutar.Registro de instrucción (RI): contiene la

instrucción que está en ejecución (Código de la instrucción + dirección o valor de los operandos)

Decodificador: interpreta la instrucción y la ejecuta por medio del Secuenciador

Unidad de Control (continuación)

Reloj : proporciona una secuencia de impulsos a intervalos constantes para sincronizan la secuencia de los pasos(microinstrucciones) de la instrucciones en curso

Secuenciador: Genera órdenes elementales (microinstrucciones) que sincronizadas por el reloj hacen que la instrucción en curso se vaya ejecutando poco a poco.

Unidad de Control

Decodificador

Registro de Instrucción

Reloj

Contador de programa

Secuenciador

Funcionamiento de las computadoras

Los programas son ejecutados por la CPU, de instrucción a la vez.

Un ciclo de instrucción comprende dos fases:Búsqueda: La instrucción pasa de

memoria principal a la unidad de controlEjecución: acciones necesarias para llevar

a cabo dicha instrucción.


1. El programa debe estar en la memoria principal

2. El Contador de Programa (CP) contiene la dirección de memoria donde comienza un programa

3. La unidad de control ordena que el contenido del CP se transferido al registro de dirección de memoria.


4. Después de transcurrido el tiempo de acceso a memoria, se almacenará el dato contenido en la memoria indicada en el registro de dato.

5. Ese dato es traducido a una instrucción y almacenada en el Registro de Instrucción (RI).

6. La Unidad de Control interpreta la instrucción e informa al Secuenciador

7. CP = CP+1 o CP=CP+ k , k>1 si existe bifurcación debido a un salto producto de un if, while , for, goto,...(si no es fin, ir a Pto.3)

Ejemplo

Problema : Calcular S=X+Y

Variables de Entrada : X,Y desde teclado

Variables de salida : S en monitor

Longitud de palabra : 16 bits (4 para código de instrucción y 12 para

dirección)24 = 16 instrucciones posibles (i)212 = 4.096 posiciones de memoria

direccionables (m)

i m 0001 0000000101100001 000000010110Ej.

Ejemplo: descripción de las instrucciones

Supongamos las siguientes instrucciones0001 Almacena en la posición de memoria m un dato leído desde teclado. TEC m

0011 Almacena en la posición de memoria m el contenido del registro acumulador de la ALU. ALM m

0101 Cargar en el registro acumulador de la ALU, el contenido de la posición de memoria m. CAR m

0100 Sumar el contenido de la posición de memoria m y contenido del registro acumulador de la ALU, SUM m

0010 Mostrar en el monitor el contenido de la posición de memoria m. MON m

Programa ejemploSupongamos que siguiente código está almacenado en la posición m=12 (000000001100) i m código0001 000000100001 TEC330001 000000100010 TEC340101 000000100001 CAR 330100 000000100010 SUM 340011 000000100011 ALM 350010 000000100011 MON 35

Ejecución

1. CP = 12 (000000001100)

2. RI = contenido de lo “direccionado” por CP

RI = 0001 000000100001

3. CP = CP +1, (CP = 12 +1=13)

4. Unidad de control extrae Código de Instr.

COP=0001 (TEC), m = 000000100001 (33)

lee el valor desde teclado y lo almacena en la dirección m (33)

Ejecución


RI = 0001 000000100010

3. CP = CP +1 (CP=13+1=14)


COP=0001 (TEC), m = 000000100010 (34)

lee el valor desde teclado y lo almacena en la dirección m=34

Ejecución


RI = 0101 000000100001

3. CP = CP +1 (CP=14+1=15)


COP= 0101 (CAR), m = 000000100001 (33)

Almacena en registro de ALU el contenido de la posición m=33 de la memoria RAM

Ejecución


RI = 0100 000000100010

3. CP = CP +1 (CP=14+1=16)


COP= 0100 (SUM), m = 000000100010(34)

Suma el registro de la ALU con el contenido en la posición m=34 de la RAM.

Ejecución


RI = 0011 000000100011

3. CP = CP +1 (CP=14+1=16)


COP= 0011 (ALM), m = 000000100011(35)

Almacena el contenido del registro de la ALU en la posición m035 de la RAM.

Ejecución


RI = 0010 000000100011

3. CP = CP +1 (CP=14+1=16)


COP= 0010 (ALM), m = 000000100011(35)

Muestra en el monitor el contenido de la posición de memoria m = 35 de la RAM.

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