FUNDAMENTOS DE INFORMÁTICA

Unidad 1. Fundamentos de Informática

UNIDAD 1. FUNDAMENTOS DE INFORMÁTICA Tabla de contenido 1. INTRODUCCIÓN. EL TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN ................. 2 2. HISTORIA DE LA INFORMÁTICA .................................................................... 2 3. CODIFICACIÓN. SISTEMA BINARIO. CÓDIGO ASCII ................................ 5 3.1. EL SISTEMA DECIMAL ..................................................................................... 5 3.2. SISTEMA BINARIO ............................................................................................ 6 4. UNIDADES DE MEDIDA DE CAPACIDAD ....................................................... 8 5. ESTRUCTURA DEL ORDENADOR: EL HARDWARE ................................... 8 5.1. EL PROCESADOR: LA CPU ............................................................................... 9 5.2. LA MEMORIA PRINCIPAL .............................................................................. 11 5.3. LA PLACA BASE .............................................................................................. 12 5.4. PERIFÉRICOS .................................................................................................... 14 5.5. DISPOSITIVOS DE MEMORIA MASIVA ....................................................... 19 5.5.1. DISCOS MAGNETICOS ............................................................................. 20 5.5.2. GRABADORAS/LECTORAS OPTICAS (CD Y DVD) ............................ 21 5.5.3. MEMORIAS FLASH ................................................................................... 22 5.5.4. DISCOS SSD................................................................................................ 22 6. SOPORTE LÓGICO EN UN ORDENADOR PERSONAL: EL SOFTWARE 23 6.1. SOFTWARE DE BASE: LOS SISTEMAS OPERATIVOS Y CONTROLADORES ................................................................................................. 23 6.2. SOFTWARE DE APLICACIÓN ........................................................................ 23 6.3. SOFTWARE DE DESARROLLO ...................................................................... 23 6.4. SOFTWARE DE COMUNICACIONES ............................................................ 23

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1. INTRODUCCIÓN. EL TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El término Informática es de origen francés. Aparece en el año 1962 y procede de la unión de dos términos: Información y Automática. Se define la Informática como la ciencia que estudia el procesamiento automático de la información mediante computadoras. En los países de habla inglesa no se utiliza la palabra informática, sino el término Computer Science, o Ciencia de la Computación. El tratamiento automático de la información, también llamado procesamiento de datos, se puede dividir en tres fases:  Fase de entrada. Los datos son introducidos en el ordenador por el usuario mediante algún dispositivo de entrada, como el teclado o el ratón, escáner… que los codifican (los convierten) a sistema binario (0 y 1), que es el lenguaje digital que entiende el ordenador.  Fase de proceso. Una vez que los datos se han introducido en el ordenador, este comienza su tratamiento y realiza los cálculos y las operaciones necesarias para obtener los resultados. Estas operaciones y cálculos que se ejecutan están establecidas en los programas. Un programa es un conjunto de órdenes que indican al ordenador qué acciones debe realizar sobre los datos para obtener los resultados que desea el usuario.  Fase de salida. Una vez procesados los datos, hay que mostrar los resultados al usuario. Antes hay que decodificarlos (convertir los 0 y 1 a caracteres y números)Los datos pueden obtenerse en papel por medio de una impresora, o simplemente ser mostrados en la pantalla del ordenador para que el usuario los pueda consultar. En los sistemas informáticos existen dos componentes claramente diferenciables: la parte física o hardware y la parte lógica, o software. 

El hardware está formado por los elementos físicos con los que se construye el ordenador: la carcasa, los circuitos electrónicos interiores, el teclado, la impresora y todos los elementos que se pueden conectar al ordenador.

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El software es el conjunto de programas que nos permiten controlar el funcionamiento del ordenador. Los programas nos permitirán realizar todo tipo de tareas con el ordenador, como escribir una carta, consultar una enciclopedia, realizar los planos de una casa, llevar la gestión de una empresa o simplemente, jugar.

2. HISTORIA DE LA INFORMÁTICA Los grandes cambios que se producen desde el punto de vista electrónico hacen que la historia moderna de los ordenadores se haya producido en base a grandes descubrimientos, haciendo que una tecnología que era punta en un determinado momento, unos años más tarde fuera obsoleta, por eso se usa el término de generación para delimitar estos cambios.

Primera Generación (1945-1955): Válvulas de vacío La sustitución de los relés por tubos o válvulas de vacío en las máquinas de cálculo dio lugar a la primera generación de ordenadores electrónicos. En 1943 los británicos Alan Turing , T. Flowers y M. Newman construyeron la computadora COLOSSUS, destinada a descifrar código sde los mensajes que enviaban los submarinos alemanes en la II guerra mundial.

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Unidad 1. Fundamentos de Informática En EEUU, en el mismo año, John Maunchly y uno de sus alumnos, un joven ingeniero llamado John P. Eckert obtienen un subsidio de la armada para construir una computadora electrónica, a la que llamaron ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), primera computadora electrónica. Los números se representaban en sistema decimal, no binario, con 10 valvulas, se iluminaba la correspondiente a la cifra a representar. Su principal inconveniente era el calor que desprendía que limitaba el tiempo que se podía trabajar con él. Posteriormente se emplearon válvulas eléctricas. En 1944, el profesor Howard H. Aiken, de la Universidad de Harvard, basándose en Babbage y trabajando para IBM, creó el MARKI, que medía 15 metros de largo, y pesaba 5 toneladas. En 1945, John Von Neumann introduce el concepto de programa almacenado. Hasta ahora las computadoras se programaban con llaves y enchufando cables, lo cual era lento, tedioso e inflexible. Neumann propuso que los programas se almacenaran de forma digital en una memoria de la computadora, junto con los datos. Por otro lado, se dio cuenta de que la artitmética decimal usada por la ENIAC podía reemplazarse de forma más eficiente usando aritmética binaria, lo al reducía el numero de bits a emplear para codificar cada número. Este diseño, conocido como Arquitectura de Von Neumann ha sido la base para casi todas las computadoras actuales.

Segunda Generación (1955-1965): Transistores. Los laboratorios Bell crean en 1947 los primeros transistores que suplantan a las válvulas por su menor consumo, tamaño y fiabilidad. Este invento hace posible una nueva generación de computadoras mas rápidas, más pequeñas y con menos necesidades de ventilación. La primera computadora puramente basada en transistores fue la TX-0 (Transistorized eXperimental computer), en el MIT. Uno de los ingenieros que trabajaba en este laboratorio abandonó el proyecto para fundar la compañía DEC (Digital Equipment Company). En 1956 IBM fabrica el primer disco duro. En el mismo año se diseña la primera computadora comercial UNICVAC 2, puramente basada en transistores. En 1957 la EDSAC 2 estuvo operativa. Era una computadora con 1024 palabras de 40 bits, con dos órdenes por palabra. Su memoria era de núcleos de ferrita. En la ALU se incluyeron operaciones de punto flotante para hacer los cálculos mas simples. La computadora era microprogramada, con una ROM de 768 palabras que permitía que diversas subrutinas útiles (seno, coseno, logartimos, exponenciales) estuvieran siempre disponibles. La memoria fija incluía un ensamblador y un conjunto de subrutinas de impresión que permitía hacer entrada/salida. Los microprogramas permitieron que las órdenes pudieran ser diseñadas cuidadosamente, menos dependientes de accidentes del hardware. Ejecutaba una instrucción simple en unos 20 microsegundos, y una multiplicación precisaba 250 microsegundos. La lectora de papel leía 1000caracteres por segundo, y la perforadora de tarjetas perforadas perforaba 300 caracteres por segundo. Se crean los primeros compiladores y lenguajes de programación: Fortrand, Cobol. El ordenador PDP-1 de DEC, basado en el transistor, se presentó en EEUU en 1960. Esta computadora se basó en la TX-0, y tenía 4K palabras de 18 bits. Costaba 120.000$ y tenía un tiempo de ciclo de procesador de 5 microsegundos. Fue la primera computadora con monitor y teclado, dando paso a lo que se conoce como minicomputadoras. En 1964 aparece el primer modelo de la computadora IBM 360, que empleaba transistores. La IBM 7094 tenía un ciclo de instrucción de 2 microsegundos y 32 K palabras de 36 bits. IBM también vendía una computadora orientada a negocios, la IBM 1401, que podía leer cintas magnéticas, leer y perforar tarjetas e imprimir. También IBM lanza la familia de computadoras IBM System/360 con el mismo lenguaje máquina y mayor potencia, con soporte para multiprogramación. La compañía Control Data Corporation crea la CDC 6600, que ejecutaba a una velocidad de 9Mflops y es la primera computadora comercial. El secreto de su velocidad es que era altamente paralela. Tenía varis unidades haciendo sumas, otras haciendo multiplicaciones, y otra haciendo divisiones, todsa ejecutando en paralelo (podía llegar a ejecutar 10 instrucciones a la vez).

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En 1964 Douglas Engelbart inventa el mouse y John Kemeny y Thomas Kurz desarrollan el lenguaje BASIC (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code). En 1957 Texas Instruments crea el chip, circuito integrado, realizado con semiconductores, lo que desencadenó la siguiente generación de computadoras, en las que se redujo el tamaño y el consumo, las computadoras desprendían menos calor.

Tercera Generación (1965-1980): Circuitos integrados La tercera generación de computadoras emergió con el desarrollo de circuitos integrados (pastillas de silicio), en las que se colocan docencas de transistores y componentes electrónicos en miniatura. En 1965 Gordon E. Moore (fundador de Fairchild y patentador del primer circuito integrado) cuantificó el crecimiento sorprendente de las nuevas tecnologías de semiconductores. Dijo que los fabricantes habían duplicado la densidad de los componentes por circuito integrado a intervalos regulares de 1 año, y que lo seguirían haciendo mientras el ojo humano pudiera ver. En 1967, Fairchild introduce un chip que contenía una ALU de 8 bits: el 3800. En 1968, se funda la compañía Intel, que en un principio se dedica a fabricar chips de memoria. En 1969, el Departamento de Defensa de los EE.UU. encarga la red Arpanet con el fin de hacer investigación en redes amplias, y se instalan los primeros cuatro nodos en universidades. También se introduce el estándar RS-232C para facilitar el intercambio entre computadoras y periféricos. En 1970 aparecen los discos flexibles y las impresoras margarita. También comienza a usarse la tecnología MOS (Metal-Oxide semiconductor) para circuitos integrados mas pequeños y baratos. Se sustituyen las memorias de ferrita por las memorias de semiconductores. En 1971 Intel lanza el procesador de 4 bits 4004, el primer microprocesador en un solo chip. Tenía una potencia similar al ENIAC, con un coste bajo (200$) y ocupaba muy poco (12mm2). Ya en 1972 Intel fabrica el 8008, primer microprocesador de 8 bits, que es reemplazado por el 8080, debido al límite de memoria de 16k impuesto por los pins en el chip. En 1973, las técnicas de integración a gran escala (LSI- Large Scale Integration) permiten poner 10.000 componentes en un solo chip de 1 cm2 (actualmente el i7 de 6 núcleos integra en un solo chip cerca de 1170 millones de transistores). En el mismo año, John Metcalfe propone el protocolo Ethernet para comunicación en redes locales. En 1975, la primera computadora personal, la Altair 8800 aparece en la revista Popular Electronics, explicando cómo construirla. También en ese año IBM introduce la primera impresora láser. En 1976, Steve Jobs y Steve Wozniac diseñan y construyen la Apple I, que consistía principalmente en un tablero con circuitos. IBM introduce las impresoras de chorro de tinta en ese mismo año, y Cray Research introduce la Cray I, una supercomputadora de 8 bits comparable al 8080, que fue utilizada como controlador en equipos industriales. En 1977, Steve Jobs y Steve Wozniac fundan Apple Computer, y la Apple II es anunciada públicamente. En 1978 Intel desarrolla los procesadores 8088 y el 8086, con la posibilidad de multiplicar y dividri. Son prácticamente iguales, pero el bus del 8088 es de 8 bits, mientras que el del 8086 es de 16 bits. En 1979 Motorola introduce el procesador 68000, que sería más adelante el soporte para las computadoras Macintosh, Atari, Amiga y otras. Su representante principal son IBM 360, PDP 5 y 8, y Univac 1108.

Cuarta Generación (1980-1990): Microprocesadores

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Unidad 1. Fundamentos de Informática En los años 80 aparecen los primeros ordenadores personales o PC (Personal Computer), basados en el sistema operativo textual MS-DOS. En 1980 aparece la primera computadora portable: la Osborne I. En 19821 se lanza la computadora de arquitectura a vierta IBM-PC, y un año más tarde se produce el primer “clon” de esta computadora. Bill Gates presenta un sistema operativo compatible con el de IBM, lo llamó DOS (Disk Operating System), porque entraba en un solo diskquette. Más tarde fundaría su empresa, Micrsosoft, dedicada al desarrollo de software. Las computadoras fabricadas por terceros, es decir, no por IBM , se extienden rápidamente al ser más baratas, y por supuesto, con el sistema operativo DOS de Bill Gates. En la jerga, se comenzó a llamar a los PC´s clones, o sea, copias. IBM perdió el control muy pronto. El rumbo de la tecnología era ahora marcado por la empresa INTEL, que fabricaba microprocesadores, lanzando uno nuevo cada año (el 8088, 8086, 80286, 80386, 80487). De inmediato, Microsoft desarrollaba programas para aprovechar al máximo las capacidades de éste. Los microprocesadores fueron incorporados rápidamente en varios dispositivos: instrumentos científicos de medida, balanzas, equipos de lata fidelidad, cajas registradoras y electrónica aeronáutica. Muchas familias comenzaron a tener computadoras en casa, como por ejemplo la Commodore 64 y 128, Spectrum o Texas Instrument 99/4ª.

Quinta Generación (1990 -Actualidad): Redes y procesadores multinúcleo Microsoft pasó a desarrollar software que exigía demasiado a los procesadores INTEL, por lo que éste se veía obligado a apurar los tiempos de lanzamiento de nuevos modelos. Aprovechando esta situación, por 1993, IBM, Apple y Motorola intentan quebrar el liderazgo INTEL-Microsoft lanzando el Power PC, un procesador que prometía hacer estragos, pero solo lo utilizan Apple en sus computadoras personales e IBM en su línea de servidores AS400. Simultáneamente otros fabricantes de procesadores tomaron impulso (AMD). Estas circunstancias impulsaron a INTEL a crear un procesador distinto. Así, en 1992 Intel lanzó el Pentium. Mas tarde nacen los modelos Pentium Pro, Pentium II, Pentium IV, así como lo procesadores multinúcleo Intel Core 2 Duo. Hoy en día Intel fabrica la serie “i”, que es la que da mejores prestaciones (i3, i5 e i7) En vista de la acelerada marcha de la microelectrónica, la sociedad industrial se ha dado a la tarea de poner también a esa altura el desarrollo del software y los sistemas con que se manejan las computadoras. Las

computadoras de esta generación cuentan con arquitecturas combinadas Paralelo / Vectorial, con cientos de microprocesadores vectoriales trabajando al mismo tiempo; se han creado computadoras capaces de realizar más de un millón de millones de operaciones aritméticas de punto flotante por segundo (teraflops); Internet y las redes de área mundial (Wide Area Network, WAN) han seguido creciendo desorbitadamente utilizando medios de comunicación a través de fibras ópticas y satélites, con anchos de banda impresionantes, ordenadores multimedia y redes inalámbricas. Algunas de las tecnologías de esta generación son: inteligencia artificial distribuida; teoría del caos, sistemas difusos, holografía, transistores ópticos, etc. 3. CODIFICACIÓN. SISTEMA BINARIO. CÓDIGO ASCII 3.1. EL SISTEMA DECIMAL Estamos acostumbrados a utilizar el sistema decimal. Es un sistema de numeración posicional, lo que significa que cada cifra tiene un valor en base a su posición: las decenas valen la cifra multiplicada por 10, las

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Unidad 1. Fundamentos de Informática centenas valen la cifra por 100… Son los Números Naturales tal y como los conocemos. La base es 10 y el conjunto de caracteres es {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}. Ejemplo en base 10: 725 = 7*100+20*10+5 = 7C+2D+5U

3.2. SISTEMA BINARIO El sistema binario es un sistema de numeración posicional también, pero en esta caso la Base = 2. El conjunto de caracteres es {0,1}. Es el sistema que entiende la computadora. Significan: 1  paso de corriente 0  voltaje casi nulo Para pasar de decimal a binario se divide el número entre la base, 2 sucesivas veces hasta que el cociente sea inferior a 2. Ejemplo: para transformar 23 a binario dividimos sucesivamente entre 2 hasta que resto