TEMA 1: El ordenador y la información · PDF file4 1. Definición, elementos y aplicaciones de la informática • Algunas Aplicaciones: –Investigación •Cálculos matemáticos

TEMA 1: El ordenador y la información

Fundamentos de Informática(Grados en Ingenierías Industriales)

2

Índice de contenidos

1. Conceptos Básicos en Informática.

2. Representación de la Información.

3. Estructura Funcional de un Ordenador.

4. Sistemas Operativos.

5. Bases de Datos.

3

1. Definición, elementos y aplicaciones

de la informática

• Informática = INFORmación autoMÁTICA

• Definición:

Conocimientos científicos + técnicas

para

Tratamiento automático de la información

usando

Computadoras electrónicas

• Elementos básicos:

• HARDWARE: soporte físico => teclado, pantalla, tarjetas, cables...

programas: listas de instrucciones que

el ordenador puede ejecutar

• SOFTWARE: soporte lógico => +

datos sobre los que actúan los programas

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1. Definición, elementos y aplicaciones

de la informática• Algunas Aplicaciones:

– Investigación• Cálculos matemáticos• Análisis automático de textos• Simulación de sistemas

complejos– Aplicaciones técnicas y sanitarias

• Diseño de circuitos, edificios... (CAD, CAM)

• Robótica• Medicina

– Gestión• Contabilidad• Nóminas• Facturación

– Otras• Procesadores de texto• Hojas de cálculo• Enseñanza• Juegos, Música, Vídeo…

• Sistemas Operativos (SO):

– Programa que ayuda al

usuario y simplifica el

manejo de un ordenador

– Funciones principales:

• Interfaz hombre-

máquina

• Administrador de

recursos

5

2. Representación de la información

• Codificación

– Transformación de los elementos de un conjunto en elementos de

otro conjunto siguiendo un método determinado, de tal forma que

posteriormente se pueda efectuar el proceso inverso de

decodificación

a0

a1

a2

a3

a4

b0

b1

b2

b3

b4

a0

a1

a2

a3

a4

b0

b1

b2

b3

b4

Codificación

f (a0)= b0

Decodificación

f -1(b0)= a0

Proceso de codificación.

Códigos de E/S

6


• Los programas y los datos en las computadoras se representan

mediante cadenas de 0 y 1 (código binario)

• BIT (BInary digiT)

– Unidad de información más pequeña que se puede almacenar en

un ordenador (0,1)

• Otras unidades de medida de información

Unidad Equivalencias

1 byte

1 KiloByte (KB)

1 MegaByte (MB)

1 GigaByte (GB)

1 TeraByte (TB)

8 bits

210 bytes = 1.024 bytes

220 bytes = 1.048.576 bytes = 210 KB

230 bytes = 1.073.741.824 bytes = 220 KB = 210 MB

240 bytes = 1.099.511.627.776 bytes = 230 KB = 220 MB = 210 GB


Códigos de E/S

7

000010

101011

000110


• Ejemplo de codificación/decodificación en un sistema informático:

– Entrada (p.ej. un teclado): usuario introduce 2 + 7

– Salida (p.ej. un monitor): ordenador realiza la suma y devuelve un 9

2

+

7

001001

Procesamiento

9

Codificación Decodificación


Códigos de E/S

8


• ¿Cuántos bits serán necesarios para codificar m símbolos?

n bits, de modo que 2n m

• Ejemplos:

Símbolo a codificar Código binario

0

1

2

3

00

01

10

11

Observa que para

codificar 4 símbolos

hemos necesitado

cadenas de 2 bits

• Ejemplo de un código de 2 bits:

Nº de símbolos (m) Nº de bits (n)

4

256

257

512

2 (22 = 4 4)

8 (28 = 256 256)

9 (29 = 512 257)

9 (29 = 512 512)


Códigos de E/S

9


• Existen muchos códigos binarios diferentes:

– AIKEN, BCD, GRAY, ASCII, UNICODE...

• El código ASCII (American Standar Code for Information

Interchange) es el más usado para codificar los caracteres

empleados habitualmente, en total 256 símbolos (se

emplean por tanto 8 bits para codificar cada símbolo):

– Alfabéticos: mayúsculas y minúsculas, con y sin acentos,

diéresis y otros “adornos” de distintos idiomas.

– Numéricos.

– De puntuación.

– Especiales ( % & $ # { } ...).


Códigos de E/S

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• Sistema de numeración en base b– Utiliza para representar los números de un alfabeto compuesto por b símbolos

– Cada símbolo que compone un número contribuye con un valor que depende

de:

• la cifra en sí

• la posición dentro del número

Base: b

Conjunto de símbolos: {ni/ i ℤ}

Número: ...n4n3n2n1n0nn-1nn-2...

Valor: ...+ n4b4+ n3b3+ n2b2+ n1b1+ n0b0+ nn-1bn-1+ nn-2bn-2+...

Ejemplo:

Base: 10

Conjunto de símbolos: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}

Número: 5678.89

Valor: 5678.89 = 5 103 + 6 102 + 7 101 + 8 100 + 8 10-1 + 9 10-2

Sistemas de numeración

usuales en informática

11


• Sistema de numeración en base 2 o binario

– Sistema empleado por los ordenadores

Base: 2

Conjunto de símbolos: {0,1}

• Conversión de binario a decimal, sumar los pesos (2n) de

las posiciones en las que hay un 1.

Número: 011102)

Valor: 0 24 + 1 23 + 1 22 + 1 21 + 0 20 = 1410)

• Conversión de decimal a binario, métodos de las

divisiones y multiplicaciones.



34 2

17 20

8 21

4 20

2 20

10

Número: 34.187510)

Valor: 100010. 00112)

Parte entera: 1000102) Parte decimal: 00112)

0.1875

x 2

0.3750

0.3750

x 2

0.7500

0.5000

x 2

1.0000

0.7500

x 2

1.5000

Decimal(u octal)

Binario

0

1

2

3

4

5

6

7

000

001

010

011

100

101

110

111

Números

binarios con 3

bits

12


• Sistema de numeración en base 8 u octalBase: 8

Conjunto de símbolos: {0,1,2,3,4,5,6,7}

• Conversión de octal a decimal

Número: 4328)

Valor: 4 82 + 3 81 + 2 80 = 28210)

• Conversión de decimal a octal, métodos de las divisiones y

multiplicaciones con divisor y multiplicador 8

• Conversión de binario a octal, agrupar cifras de 3 en 3 y transformar

mediante tabla de conversión

Número: 0111011101.01102)

Valor: 000.111. 011.101 . 011.0002) = 735.38)

• Conversión de octal a binario, utilizar tabla de conversión para cada cifra

Número: 3245.7658)

Valor: 11010100101. 1111101012)



13


• Sistema de numeración en base 16 o hexadecimal

Base: 16

Conjunto de símbolos: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}

• Conversión de hexadecimal a decimal, sumar los

pesos (2n) de las posiciones en las que hay un 1.

Número: 857A16)

Valor: 8 163 + 5 162 + 7 161 + A 160 = 3417010)

• Conversión de decimal a hexadecimal, métodos

de las divisiones y multiplicaciones con divisor y

multiplicador 16

• Conversión de binario a octal, agrupar cifras de 3

en 3 y transformar mediante tabla de conversión

Número: 0111011101.011016)

Valor: 0001.1101.1101 . 0110.2) = 1DD.616)

• Conversión de octal a binario, utilizar tabla de

conversión para cada cifra

Número: 6A5.1F516)

Valor: 11010100101. 1111101012)



Cifras hexadecimales

en decimal y binario

Hexadecimal Binario

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

Decimal

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

14


Operaciones aritméticas y

booleanas

• Operaciones booleanas

OR

0 OR 0

0 OR 1

1 OR 0

1 OR 1

0

1

1

1

AND

0 AND 0

0 AND 1

1 AND 0

1 AND 1

0

0

0

1

NOT

NOT 0

NOT 1

1

0

NAND (NOT AND)

0 NAND 0

0 NAND 1

1 NAND 0

1 NAND 1

1

1

1

0

XOR (eXclusive OR)

0 XOR 0

0 XOR 1

1 XOR 0

1 XOR 1

0

1

1

0

NOR (NOT OR)

0 NOR 0

0 NOR 1

1 NOR 0

1 NOR 1

1

0

0

0

15


• Representación de enteros– Signo: bit más a la izquierda (0 positivo, 1 negativo).

– Valor absoluto:

• Números positivos: binario natural.

• Números negativos: magnitud en binario natural o complemento a 2.

• Representación de reales– Notación científica o exponencial:

– mantisa * (base de exponenciación)exponente

– Representación normalizada: la mantisa no tiene parte entera

– Representación:

• El exponente se representa como un número entero.

• La mantisa se representa: signo-magnitud, complemento a 1 o complemento a 2.

• Representación de caracteres– Códigos de E/S: ASCII, UNICODE...

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3. Estructura funcional de un ordenador

• Todas estas acciones se realizan bajo el control de un conjunto

ordenado de instrucciones = PROGRAMA

Máquina capaz de

1. Aceptar unos datos de entrada

2. Efectuar con ellos operaciones lógicas y/o aritméticas (procesamiento)

3. Proporcionar la información resultante a través de unos datos de salida

• Ordenador o computadora

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Estructura de un Ordenador

Memoria Principal(datos e instrucciones)

CPU (Procesador Central)

ALU

(Unidad

Aritmético Lógica)

ENTRADA

UC

(Unidad de

Control)

SALIDAi

d

c

i c d

i

c

d

i

ci: bus de instrucciones

d: bus de datos

c: bus de control

MEMORIA

MASIVA

• Arquitectura de Von Neumann:

18

• Función:

– Unidad de almacenamiento de instrucciones y datos

• Formada por circuitos electrónicos integrados capaces de almacenar valores binarios (0 o 1) en cada celda de memoria

• Palabra de memoria: menor conjunto de celdas de memoria que se pueden leer o escribir simultáneamente.

• Dirección de memoria: número que identifica de forma unívoca cada palabra de memoria.

0 0 1 1 1 0 1 1

1 1 1 0 0 0 0 0

2 1 1 0 1 1 1 0

3 1 1 0 0 0 0 1

.

.

1023

Celda de memoria

Dirección de memoria

Palabra de memoria

Ejemplo de memoria de 1023 palabras de 1 byte cada una = memoria de 1KB

La Memoria Principal

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• Tipos de memoria principal– RAM (Random Access Memory, memoria de acceso aleatorio).

– ROM (Read Only Memory, memoria de sólo lectura).

– Caché.

• Memoria RAM:– Acceso aleatorio o directo: se puede acceder a ella a cualquier

posición.

– El tiempo de acceso a un dato no depende de su posición.

– Operaciones que se pueden realizar:• Lectura, un dato puede ser leído tantas veces como queramos

• Escritura, al escribir un dato se pierde el que hubiera antes en esa misma posición

– Es una memoria volátil: se borra al desconectarle la alimentación.

– Información que contiene:• Código binario de:

– Programas del usuario en ejecución (editor de texto, juego,...)

– Sistema Operativo

– Controladores de dispositivos (ratón, tarjeta de sonido,...)

• Datos que necesitan los programas codificados en binario


20

• Memoria ROM:– Acceso aleatorio o directo.

– Sólo se puede acceder a ella para realizar una operación de lectura.

– Es una memoria no volátil: no se borra al desconectarle la alimentación.

– Información que contiene:

• Programa para la puesta en marcha del ordenador:

– Cómo cargar el S.O.

– Chequeo hardware: Control del teclado, memoria disponible…

• BIOS (Basic Input Output System, sistema básico de entrada/salida) (actualmente en una memoria flash)

• Memoria Caché:– Memoria más cara y rápida que la memoria RAM que se suele ubicar

entre ésta y la CPU.

– Acelera la transferencia de datos entre la CPU y la Mm principal

– Funcionamiento: Cuando la CPU necesita un dato se copia un bloque de memoria desde la RAM a la caché, de forma que los datos siguientes se leerán/escribirán de la caché, que es mucho más rápida. El bloque se copiará a la RAM si hubo cambios.


21

• CPU, Unidad Central de Proceso = Procesador

– Elemento que controla y realiza la mayoría de las operaciones que se llevan a cabo en el ordenador.

– Para llevar a cabo estas operaciones la CPU necesita al resto de los componentes del ordenador:

• Memoria principal

• Periféricos y dispositivos de entrada/salida

– Componentes de la CPU:• ALU, Unidad Aritmético Lógica

• UC, Unidad de Control

• Registros

– Unidades de almacenamiento temporal

– Normalmente tienen capacidad para almacenar una palabra de memoria

– Velocidad de lectura/escritura de datos más alta que la memoria principal y la caché

Microprocesador (todo integrado en la misma pastilla)(ALU, UC, memoria caché, coprocesador matemático (FPU))

Unidad Central de Proceso

22

ALU

• ALU, Unidad Aritmético Lógica– Realiza operaciones

• Aritméticas: sumas, restas, multiplicaciones,...• Lógicas: comparaciones, NOT, AND,...

– Componentes de la ALU• Circuitos operacionales: circuitos digitales que realizan las operaciones

• Registros: almacenan temporalmente los datos de E/S de los circuitos operacionales

– Registro acumulador: almacena temporalmente el resultado de las operaciones

– Registros de operandos

– Registro de estados: registro especial que indica el estado de la última operación (si ha sido 0, si ha sido negativo, si ha habido desbordamiento,...)

2

9

+Memoria

principal

Registros de operandos

Registro de estados

Circuitos

operacionale

s

Acumulador

7

011...

Unidad Central de ProcesoALU

23

• UC, Unidad de Control– Dirige las operaciones más importantes del ordenador,

estableciendo la comunicación entre la ALU, la memoria

principal y el resto de componentes.

– Controla la ejecución de cada instrucción de un programa

– Componentes de la UC

• PC (Program Counter, registro Contador de Programa), contiene la

dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.

• RI (Registro de Instrucción), contiene el código de la instrucción que se

está ejecutando.

• Decodificador, circuitos especiales encargados de determinar qué se

debe hacer en función de:

– El código de la instrucción a ejecutar

– Señales de estado de los dispositivos

Unidad Central de ProcesoUnidad de Control

24

UCRI (Registro

de

instrucciones)

7 0 1 1 1 0 1 1

8 1 1 0 0 0 0 0

9 1 1 0 1 1 1 0

10 1 1 0 0 0 0 1

RAM (Memoria principal)PROGRAMA

Instrucción 1 (sumar 2 y 7)

Instrucción 2

Instrucción 3

Instrucción 4

Instrucción 18

RAM

(Memoria

Principal)

ALU E/S

PC (Registro

contador de

programa)

Decodificador

Bus de

control

1. Búsqueda de la instrucción a

ejecutar:

– Carga en el RI la instrucción de

memoria principal que se encuentre

en la dirección que indique el PC

– Se modifica el PC para que apunte a

la siguiente instrucción

2. Ejecución

– Se decodifica el código de la

instrucción almacenada en el RI

– Se generan las señales de control

necesarias para la ejecución de la

instrucción, que se envían a los

dispositivos correspondientes a

través del bus de control:

» ALU

» Memoria principal

» Canales de entrada / salida

Unidad Central de ProcesoUnidad de Control

Fases de ejecución de una instrucción

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El reloj

• El Reloj:

– Circuito encargado de sincronizar el funcionamiento de todos los elementos del ordenador (UC, ALU, memoria...).

– Ciclo máquina: pulsos regulares de tiempo que emite el reloj.

• Cada instrucción se ejecuta en un tiempo igual a un múltiplo de ciclos máquina.

– Frecuencia: velocidad de latido del reloj.

• Se mide en MegaHerzios (Mhz)=> 1 Mhz = 1.000.000 ciclos máquina / segundo.

• A mayor frecuencia, mayor velocidad de ejecución de las instrucciones.

Unidad Central de Proceso

26

• Conjuntos de cables (hilos, pistas) encargados de que comunican todos los módulos del ordenador entre sí.

• Por cada hilo o pista se puede transmitir un bit

• Tipos de transmisiones:– Serie, transmitir varios bits por el mismo hilo uno detrás de otro

– Paralelo, transmitir conjuntos de bits a la vez uno por cada hilo.

• Tipos de buses según el tipo de información que circula por ellos:– Bus de datos, transmite instrucciones y datos.

– Bus de direcciones, transmite direcciones de memoria.• Con un bus de n hilos podemos direccionar 2n posiciones de memoria

– Bus de control, transmite:• señales para controlar y sincronizar todos los componentes del ordenador

• señales que indican el estado de los componentes

Buses

27

Es el elemento al que se conectan todos los demás

componentes. (ATX)

La placa Base

28

Clasificación de los ordenadores

Esta clasificación es superficial pero deja clara la enorme diferencia que puede haber entre distintos ordenadores:

• Mainframes (supercomputadoras):– Máquinas de gran:

• Capacidad de proceso: Siempre con varios procesadores.• Velocidad.• Fiabilidad.• Tamaño.• Precio.

– Multiusuario, puede haber cientos de usuarios trabajando a la vez con el mismo ordenador.

– Se usan para gestión de grandes empresas, o centros de alta investigación.

– Pueden ser tan grandes como un frigorífico, o hasta ocupar la planta completa de un gran edificio.

• Microordenadores o PC’s (Personal Computer, Ordenador Personal):– Ordenadores de:

• Menor tamaño y precio.• Potencia y fiabilidad crecientes.

– Usualmente monousuario.

– Multitarea (se pueden ejecutar varios programas a la vez).

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Ley de Moore, 1965

• Ley de Moore (1965): Aproximadamente cada 18 meses se

duplica el número de transistores en un circuito integrado.

– Se trata de una ley empírica, formulada por el co-fundador de Intel,

Gordon E. Moore, cuyo cumplimiento se ha podido constatar hasta

hoy.

– “Mi ley dejará de

cumplirse dentro

de 10 o 15 años” –

dijo en 2007.

30

Periféricos

Disposivos encargados de:

Entrada

Salida

Almacenamiento

Recuperación

Transmisión

Recepción

de datos

Componentes:

Mecánicos.

Electrónicos

31

Organización de Entradas y Salidas

Parte de la electrónica se encarga de la comunicación con la

CPU

También puede ser necesario instalar software.

Señales propias

del dispositivo

Controlador

de dispositivo

Instrucciones

32

Dispositivos de Entrada

Controlador Membranas

Permiten introducir información en el ordenador.

Teclado, ratón, joystick, tableta digitalizadora, escáner, webcam,

lector de código de barras, micrófono...

La información se convierte en bits.

33


Lo más importante: precisión (dpi)

Dispositivos apuntadores:utilizados para indicar posiciones y/o desplazamientos

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Dispositivos para captura de imágenes

Cámara (webcam):●Refresco (fps)

●Resolución (pixels)

Escáner:●Resolución (dpi/ppp)

●Bits de color

●Velocidad

Lector de Códigos de barras:● Distancia de lectura

● Velocidad de lectura

● Direccionalidad

Otros dispositivos de entrada

Micrófono:

● Sensibilidad (dB)

● Direccionalidad (uni/multi)

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Dispositivos de Salida

Salidas VisualesImportante:

• Tamaño de punto (dot pitch)

• Resolución máxima

• Rango de frecuencias

(kHz – H; Hz – V)

• Tamaño de pantalla (pulgadas)

• Brillo(cd/m2(candelas/m2)) en los TFT

• Ángulo de visión en los TFT

Utilizados por los ordenadores para transmitir información al

exterior

Monitores, impresoras, altavoces...

Transforman las señales del PC en algo que los usuarios entiendan

(sentidos).

36


Importante:

• Memoria (MB)

• Resoluciones soportadas

(pixels)

• Colores (bits de color:

determinan el número máximo

de colores).

Salidas Impresas

El ordenador se comunica con el monitor a través de

la tarjeta gráfica:

Importante:

•Tecnología (láser, tinta, ...)

• Resolución (dpi/ppp)

• Velocidad (ppm)

• Tamaño de papel

• Capacidad recambios

• Colores separados

• Memoria interna

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Importante:

• Potencia (W)

● Potencia media (RMS)

● Potencia pico

• Efecto 3D

• Realce de graves

Salidas Sonoras: Altavoces...

38

Dispositivos Mixtos

• Exactitud (desviación en mm)

• Resolución

• Sensibilidad a la presión

Salida Visual / Entrada Posicional

Permiten realizar tanto entradas como salidas.

Pantallas táctiles, mandos dual shock, dispositivos de memoria

masiva, ...

Salida Táctil / Entrada Posicional

• Número de botones

• Sensibilidad

• Tipo de conexión (USB...)

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Dispositivos de Memoria masiva

Almacenamiento permanente de información

Discos flexibles, tarjetas de memoria, memorias flash,

Cds, DVDs, discos duros...

Importante:

• Capacidad (MB/GB/TB/...)

• Velocidad de transferencia

(MB/s)

• Conexión

(USB/FireWire/IDE/SATA/...)

• Fiabilidad (nº ciclos

lectura/escritura)

• Tiempo de acceso (ms)

• Capacidad de grabación /

regrabación

40

Sistemas Operativos (S.O.)

• Sistema informático = Hardware + Software.

• Niveles de software:

– El Hardware (procesador, memoria, tarjetas,…) se maneja a través de instrucciones máquina (secuencias de 0 y 1).

Sistema

bancario

Editor de

texto Juegos

Compiladores Intérpretes de

comandos

Sistema operativo

Lenguaje máquina

Microprograma

Dispositivos físicos

Programas de aplicación

Programas del sistema

Hardware

– Para salvar la dificultad de escribir programas con 0 y 1 se establecen

niveles de Software:

• Programas de aplicación:

– Resuelven problemas de los usuarios.

• Programas del sistema:

– Gestionan actividades del ordenador.

– El Sistema Operativo (S.O.) es un Software muy importante del sistema.

41

Definición y Funciones del S.O.

• Un S.O. es un conjunto de programas que actúan como interfaz

entre el usuario y la máquina.

• Sus funciones principales son:

– Administrar y gestionar los recursos Hardware.

– Facilitar el uso del sistema.

• Con algo más de detalle, la gestión de recursos significa::

– Gestión de procesos (gestión de programas en ejecución:

asignación de una CPU a ellos durante cierto tiempo).

– Gestión de la memoria principal (principalmente la RAM).

– Gestión de la entrada/salida (de periféricos).

– Gestión de ficheros (lecturas y escrituras en almacenamiento

masivo).

42

Funciones principales de un S.O.

• Gestión de procesos:

– Proceso: instancia de un programa en ejecución

– Cuando un usuario ejecuta un programa:

• Sus instrucciones se cargan en memoria principal

• Se le asignan recursos: espacio en memoria, permisos…

• Para ejecutar sus instrucciones un proceso necesita la CPU

– La gestión de procesos depende de si el sistema proporciona:

• Monoprogramación:

– Cuando se inicia la ejecución de un proceso no se atiende a otro

hasta que acaba el anterior

• Multiprogramación:

– Se ejecutan varios programas en paralelo

– Los procesos deben compartir la CPU

43


Actividad del procesador

P1 P1 P1 P2

Programa 1

Tiempo

Programa 2

P2 P2

P1

Programa 1

Inactivo P1 Inactivo P1 P2

Programa 2

Inactivo P2 Inactivo P2

Tiempo

Actividad del procesador

• Gestión de procesos

– Ejemplo de ejecución de dos programas en un sistema:

a) Monoprogramado

b) Multiprogramado

44


• Gestión de procesos

– Las tareas del S.O. relacionadas con la gestión del procesos son:

• Crear y eliminar procesos.

• Suspender y reanudar procesos.

• Planificación de procesos

– Asignar tiempo de CPU a los procesos.

• Proveer mecanismos para la sincronización de procesos.

• Proveer mecanismos para la comunicación entre procesos.

• Proveer mecanismos para la gestión de interbloqueos.

45


• Gestión de la memoria principal:

– La memoria es un recurso fundamental. Para ejecutar un programa es necesario cargarlo en memoria.

– Sistema monoprogramado:

• Gestión sencilla, la memoria principal se reparte entre los programas del S.O. y el único programa de usuario que se esté ejecutando en cada momento.

– Sistema multiprogramado:

• Es posible tener varios programas a la vez en memoria

• El S.O. debe mantener información acerca de la zona de memoria ocupada por cada proceso

• Memoria virtual:

– Algunos S.O. permiten la ejecución de programas cuya longitud del código exceda la capacidad de la memoria de la máquina

– El S.O. mantiene en memoria sólo parte del código del programa. Cuando se necesita otra parte distinta se carga de memoria secundaria (disco duro, CD...)

– Para proporcionar memoria virtual se necesita un HW especial

46


• Gestión de la entrada/salida:

– Los ordenadores disponen de muchos dispositivos de

entrada/salida (periféricos): impresoras, ratones, monitores,…

– El S.O. permite la E/S independiente del dispositivo:

• El programador trabajará de forma similar con distintos

periféricos

– Las tareas del S.O. relacionadas con la gestión de la E/S son:

• Apertura y cierre de un dispositivo

• Lectura y escritura en un dispositivo

47


• Gestión de ficheros:

– Fichero:

• Información con un nombre específico. Ej.: Foto.jpg

• Representación lógica de almacenamiento de datos.

• Independiente del tipo de dispositivo donde se vayan a guardar

los datos (pen-drive, disco duro, CD…)

– Directorio o Carpeta:

• Lugar para almacenar ficheros (u otras carpetas).

• Para ordenar jerárquicamente los ficheros almacenados en disco.

– El S.O. ofrece servicios para trabajar con ficheros y directorios:

• Abrir y cerrar ficheros

• Borrar ficheros

• Leer de un fichero

• Escribir en un fichero

• Crear y eliminar directorios

• Consultar el contenido de un directorio

48

Algunos sistemas operativos

• MS-DOS

– MicroSoft Disk Operating System: S.O. ya muy obsoleto.

– Creado por Tim Paterson en 1979 y adquirido y adaptado por

Microsoft para el ordenador IBM PC

– Es un sistema:

• Monousuario

• Monotarea

• Con una interfaz en línea de comandos

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• Windows– La primera versión (1985) era una interfaz gráfica de usuario para

MS-DOS

– A partir de Windows XP la familia de Windows son S.O. por sí solos que no necesitan MS-DOS para trabajar

– Es un sistema multitarea

– El elemento básico es la ventana, marco rectangular que maneja y ejecuta una aplicación

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• Familia de S.O. UNIX:

– Diseñado por los laboratorios BELL de la empresa AT&T para ordenadores de la marca Digital

– Tuvo una amplia difusión en ambientes académicos

– Existen distintas implementaciones comerciales del SO UNIX: Solaris (SUN), HP-UX (HP), UnixWare (Novell), Aix (IBM), LINUX…

– Es un sistema multiusuario y multitarea

– Es robusto y seguro

– Existen distintos entornos de escritorio para los sistemas UNIX y LINUX: Gnome, Java Desktop System, KDE…

• LINUX:

– Gratuito (de código abierto), potente, flexible, seguro y multiplataforma.

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Bases de Datos: Los SGBD

• SGBD (Sistema Gestor de Bases de Datos) o DBMS (DataBase Management System):

– Un SGBD está formado por:

• Base de Datos (BD): Colección de datos sobre un ente particular (empresa, organización, tema...).

• Programas (Software) para acceder y manipular esos datos.

• Otros elementos posibles: Hardware y Usuarios.

– Los SGBD surgen, a mediados de los años 60’s, para mejorar el Sistema de Procesamiento de Archivos utilizado hasta entonces para almacenar datos, de forma que una base de datos debe ser:

• Integrada: Unificación de archivos e información (evitando redundancias, datos contradictorios, mejorando los accesos...), aunque los datos estén en distintos ordenadores (BD distribuidas).

• Compartida: Información utilizada por varios usuarios a la vez, desde distintos lugares (acceso concurrente).

• Segura: Que la información sólo sea visible y modificable por quien tenga permisos suficientes.

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Modelo de DATOS RELACIONAL

• Introducido por Ted Codd de IBM, en 1970 (basado en los conceptos de

relación matemática, teoría de conjuntos y en la lógica de predicados de primer orden).

• Base de Datos Relacional (BDR) = Conjunto de Relaciones.

– Relación o Tabla (relation, table):

Lista de valores con un nombre,

donde cada valor es una fila (registro),

compuesto por 1 o más columnas (campos).

• Fila o Tupla (row, tuple): Hecho que

corresponde a una entidad o relación

en el mundo real. Sin repeticiones.

• Columna o Atributo (column, attribute): Valor relacionado con

ese hecho, sobre un aspecto particular.

– Todos los valores de una columna son del mismo tipo o dominio,

y aceptan el valor nulo (NULL) para indicar ignorancia…

– Los valores (y el dominio) deben ser atómicos o indivisibles

(como información). Ejs.: Números naturales, reales, cadenas de caracteres…

• No existe orden FIJO entre las tuplas, ni entre los atributos:Se almacenan y visualizan en cierto orden, pero puede variar.

– Al hacer una consulta podemos cambiar el orden.

Nombre Altura Peso

Santiago 1.79 78

Jesús 1.82 80

María NULL 61

Tabla "Personas":

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Gestión de Bases de Datos

• ESQUEMA de la BD: Diseño completo de la BD a nivel conceptual. Indica los datos que almacena la BD, las relaciones entre ellos, las restricciones básicas...– Una vez definido el esquema de una BD no es usual cambiarlo

– El contenido de una BD (dentro de cierto esquema) sí cambiará, puesto que el mundo cambia: Se dice que un esquema puede tener varios ejemplares,instancias o estados, que tendrán valores distintos en sus datos.

• SQL (Structured Query Language): Es un lenguaje de acceso y control de BD muy potente, y utilizado en todos los SGBD. Permite operaciones para:

– Crear, modificar y borrar los distintos elementos del esquema de la BD: Estos elementos serán principalmente TABLAS, con diversas columnas, para las que hay que establecer su dominio (tipo de dato: numérico, carácter…), y sus posibles restricciones (p.e., Salario>0).

– Modificar la BD: Las 3 operaciones básicas son: Insertar datos nuevos (sentencia INSERT de SQL), Borrar datos (sentenciaDELETE), o Modificar datos (sentencia UPDATE).

– Consultas a la BD (sentencia SELECT): Permite ver los datos. Podemos elegir qué datos queremos ver: todos, o bien sólo los que cumplan cierta condición. Ej.: Consultar, en la tabla anterior, las personas que pesen menos de 70 Kg. (recupera sólo 1 fila: “María”):• SELECT Nombre FROM Personas WHERE Peso<70;

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LLAVES o CLAVES en las Relaciones

• Llave Primaria (primary key): Conjunto de atributos mínimo (sin atributos que se puedan quitar), que no se repite su valor en filas distintas, i.e. que es ÚNICO para cada fila de una tabla concreta. Único

• Si hay varias llaves primarias se escoge una, y las demás se llamarán Llaves Candidatas. La Llave Primaria es una Candidata que se usará para identificar las filas de la tabla. Suele escogerse la que tenga menos atributos. Se representará subrayada.

• Las llaves primarias o candidatas no pueden tomar valores NULL.

• Ejemplo en una tabla con los datos de estudiantes:

Estudiante (NIF, Nombre, Fecha_Nacimiento, Direccion, Telefono);

– El NIF no puede repetirse porque es la llave primaria.

– Los demás atributos, que no son llave primaria ni candidata, sí pueden repetirse (observe que hay nombres repetidos, pero son distintas personas).

– Si, por ejemplo, en nuestra BD el Teléfono no puede repetirse y es obligado conocerlo, entonces, el atributo “Telefono” sería una llave candidata.

NIF Nombre Fecha_Nacimiento Direccion Telefono

12345678Z Ana Pérez 6-1-1994 C/ Lenteja, 1 952-23-23-23

87654321X Ana Pérez 29-10-1970 C/ Millán, 15 NULL

13579135G Fulano de Tal 17-10-2001 C/ Paz, 13 951-13-13-13

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LLAVES o CLAVES en las Relaciones

• Llave Externa: Atributos de una tabla que son Llave Primaria en otra tabla, a la que hacen referencia. Sirve para enlazar una relación con otra y garantizar que los datos sean correctos.

• Ejemplo: Las llaves externas apuntan con flechasa las llaves primarias a las que hacen referencia.

• Con ese esquema, serán correctas las siguientes dos tablas:

- Dpto:

- Empleado:

Dpto NumDpto Nombre NIFDirector Fecha_inicio

Empleado NIF Nombre Direccion Salario Dpto NIFSupervisor

Llave Externa Recursiva

NumDpto Nombre NIFDirector Fecha_inicio

1 Investigación 12345678Z 26-6-2003

2 Personal 87654321X 3-8-1970

NIF Nombre Direccion Salario Dpto NIFSupervisor

12345678Z Ana Pérez C/ Lenteja, 1 2900 1 NULL

87654321X Ana Pérez C/ Millán, 15 2400 2 NULL

13579135G Fulano de Tal C/ Paz, 13 2100 2 12345678Z

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Algunos SGBD Actuales

• Hay muchos SGBD actuales: Los más importantes son los siguientes.

Todos ellos usan SQL y son relacionales (o con algunas características de objetos).

– SGBD libres (gratuitos, de código abierto):

• MySQL (http://www.mysql.com): Comprado por Oracle, por ahora existen

2 versiones: una gratuita y otra más completa de pago.

• PostgreSQL (http://www.postgresql.org): no es de una empresa sino que

es dirigido por una comunidad de desarrolladores y organizaciones, que

trabajan de forma altruista.

• FireBird (http://www.firebirdsql.org): SGBD con pocos requisitos

hardware.

– SGBD comerciales: Algunos tienen versiones gratuitas con restricciones.

• Microsoft Access (office.microsoft.com): Incluido en el paquete MS

Office es apto para pequeñas empresas. Fácil de usar.

• Microsoft SQL Server (www.microsoft.com): Es la alternativa al anterior

para grandes empresas.

• Oracle (http://www.oracle.com): Para muchos, el SGBD más potente y

completo del mercado. Tiene una versión gratuita para empresas, que no

requieran BD muy grandes.

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TEMA 1: El ordenador y la información · PDF file4 1. Definición, elementos y aplicaciones de la informática • Algunas Aplicaciones: –Investigación •Cálculos matemáticos