INFORMÁTICA APLICADA
UNIDAD DIDÁCTICA 1
Tema 1 – Sistemas informáticos
Introducción
Desde la antigüedad el hombre ha diseñado máquinas y mecanismos que le permitan realizar su trabajo más fácil y cómodamente, aplicando la tecnología disponible
Trabajos difíciles → máquinas complejas
Máquinas polivalentes y programables
¿Qué es la Informática?
Palabra de origen francés formada por la contracción de INFORmación y autoMÁTICA
R.A.E.: «conocimientos científicos y técnicas quehacen posible el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores»
Este tratamiento es racional, pues obedece a órdenes establecidas por razonamientoshumanos (otra cuestión es que sean correctos). El ordenador casi nunca se equivoca
¿Qué es un ordenador?
1.Máquina automática programable que obtieneunos datos de salida aplicando unasoperaciones básicas predefinidas en élsobre unos datos de entrada
2.Conjunto de componentes electrónicosintercomunicados entre sí (hardware), capazde recibir un conjunto de operaciones y ejecutarlas (software)
Niveles conceptuales de un ordenador
Nivel Electrónico
Niveles conceptuales de un ordenador
Nivel Electrónico
Nivel Máquina
Niveles conceptuales de un ordenador
Nivel Electrónico
Nivel Máquina
Nivel Sistema Operativo
Niveles conceptuales de un ordenador
Nivel Electrónico
Nivel Máquina
Nivel Sistema Operativo
Nivel Lenguajes Programación
Niveles conceptuales de un ordenador
Nivel Electrónico
Nivel Máquina
Nivel Sistema Operativo
Nivel Lenguajes Programación
Nivel de Aplicación
Componentes de un sistemainformático
El hardware (CPU, memoria, dispositivos de E/S ...) Facilita los recursos básicos de la computación.
El sistema operativo Controla y coordina el uso del hardware por parte de los
distintos programas de aplicación.
Los programas de aplicación (procesadores de texto, hojas de cálculo, compiladores, bases de datos, videojuegos,...) Definen cómo hay que utilizar estos recursos para resolver los
problemas de los usuarios.
Los usuarios (personas u otros ordenadores o programas).
Tipos de sistemas informáticos
Propósito general, para todo tipo de aplicaciones Propósito específico, aplicaciones concretas:
− Diseño propio del sistema informático− Sistema basado en bus industrial− Sistemas informáticos comerciales:
Sistemas basados en microcontrolador Sistemas basados en PC o compatible Autómatas programables
Sistemas basados en bus industrial
Sistemas basados en micros
Sistemas basados en autómatas
Más usado en control de entornos industriales
Programación sencilla Muy robustos y estables Poca capacidad de
cómputo Poca versatilidad
INFORMÁTICA APLICADA
UNIDAD DIDÁCTICA 1
Tema 2 – Arquitectura de computadores y Representación de la información
Bibliografía
Fundamentos de informática, 4ª Edición:− Capítulo 1: 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6− Capítulo 4: 4.1, 4.2, 4.5− Capítulo 7− Capítulo 8: 8.6− Capítulo 10: 10.1, 10.2− Capítulo 12: 12.4− Capítulo 14
Introducción
Estudio del hardware de los ordenadores basados en tecnología electrónica digital
Estos ordenadores utilizan un código basado en tensión eléctrica con dos estados (0 ó 1), binary digit (bit). 1 byte = 8 bits
Basado en potencias de 2. Los múltiplos son:− Kb (1.024 bits) – KB (1.024 bytes)− Mb (1.024 Kb) – MB (1.024 KB)− Gb (1.024 Mb) – GB (1.024 MB)
Arquitectura von Neumann
CPU
UC
UAL
MEMORIAPRIMARIA
SECUNDARIA
CONTROLADORES
…Ctrl_1
Ctrl_N
Unidades de E/S
…Unidad_1
Unidad_M
Unidad aritmético-lógica Unidad de control
Memoria Entrada/salida
Buses del sistema
Unidad central de procesos (CPU)
Circuito electrónico que controla todas las operaciones que se realizan en el ordenador
Sigue siempre la misma secuencia. Es un autómata Principales características de la CPU:
− Frecuencia reloj (MHz) ≈ velocidad procesamiento− Ancho palabra (bits) ≈ potencia de procesamiento.
Número de líneas del bus de datos. 8, 16, 32, 64 bits− Juego de instrucciones, define operaciones básicas de
la CPU ≈ alfabeto de la CPU (CISC vs. RISC)− Mejoras: pipeline, paralelismo, arquitectura superescalar,
Principales unidades de la CPU
Unidad de control del estado y la actividad de la CPU. Se activa cada tick del reloj. Registros especiales: PC, IR, SP, Acc, AR, DR
Unidad aritmético-lógica y otras, como unidad coma flotante y de propósito específico
Memoria caché, muy rápida, para almacenar datos e instrucciones utilizadas recientemente
Estructura CPU
Secuencia de funcionamiento CPU
1.Gestión de interrupciones (salto al bloque adecuado)2.Busca en memoria la siguiente instrucción (fetch)3.Analiza la operación de la instrucción (decode)4.Opcionalmente, busca datos de la instrucción 5.Ejecuta la operación: (execute)
• Operación aritmética-lógica o de asignación• Movimiento de datos internos o con el exterior• Instrucción de salto con/sin comparación
6.Opcionalmente, almacena el resultado (write)
Simulador de CPU: PIPPIN
http://www.dsie.upct.es/docencia/pippin/
La memoria
Almacena indistintamente datos e instrucciones, quesuministra a la CPU bajo demanda
Organizada en celdas (registros) de 1 byte Tecnologías: electrónica, magnética, óptica, estado
sólido, etc. Tipos: RAM, ROM, PROM, EPROM, etc.
.....500
.....501
.....502
.....503
0 1 2 3 4 5 6 71 1 1 1 1 0 0 00 0 0 0 1 1 1 01 1 0 0 0 0 0 11 0 0 0 1 1 1 1
Jerarquía de memoria
Características de la memoria: capacidad, coste y tiempo de acceso
No existe la memoria ideal → necesario combinar distintas tecnologías:− Memoria principal: suministra instrucciones y datos
a velocidad próxima a la de la CPU (RAM y caché)− Memoria secundaria: almacena datos y programas
(disco duro, CD, DVD, memorias USB, etc.)
Velocidad y precio
Capacidad
Memoria primaria
Los registros: muy rápidos (conectados a la CPU), pero son pocos (32) con capacidad igual al ancho de palabra de la CPU. Los usa la CPU para guardar la siguiente instrucción a ejecutar y los datos relevantes
La caché: conforme aumenta la capacidad de integración, queda más sitio libre en la CPU. Esta memoria se usa para guardar los bloques de instrucciones que, posiblemente, tenga que ejecutar la CPU.
Memoria RAM: menor velocidad pero mayor capacidad. Memoria principal del sistema. Volátil
Memoria virtual: menor velocidad pero mayor capacidad. Artefacto del sistema operativo.
Memoria magnética
Memoria magnética
Memoria óptica
CD Virgen al microscopio
1000 5000 15000
0
Memoria óptica
Memoria de estado sólido. SSD
Sistema de entrada/salida
Conjunto de dispositivos que relacionan (comunican) el ordenador con el mundo exterior: usuarios humanos u otro ordenador
Diseño complejo debido a la gran variedad de sistemas y características:
− Hardware: requisitos eléctricos dispares− Software: los periféricos funcionan a la velocidad del
“mundo exterior”, con una cadencia impredecible. Problemas de sincronización, compartición de recursos y uso del dispositivo (driver)
Bus del sistema
Une los componentes del ordenador Existen varios tipos de buses, con distintas
características (ISA, PCI, AGP, I2C, PCI-E, etc.) El bus del sistema está integrado por:
− Bus de datos: lleva información (datos o instrucciones) entre la CPU y memoria o dispositivos entrada/salida
− Bus de control: transmite las señales de control de la CPU (lectura/escritura, habilitación, etc.)
− Bus de direcciones: la CPU indica el destinatario de los datos y el control
Tipos de periféricos
Entrada: teclado, ratón, joystick, micrófono, escáner, capturadora de video, tabletas digitalizadoras, etc.
Salida: monitor, altavoz, impresora, etc.
Entrada/salida: pantalla táctil, modem, tarjeta de red, sistemas de almacenamiento, etc.
INFORMÁTICA APLICADA
Representación de la información
« Me lo explicaron y lo olvidé, lo ví y lo aprendí, lo hice y lo entendí.»- Confucio -
Bibliografía
Informática aplicada. Programación en Lenguaje C:
− Capítulo 2 y 3
¿Qué es la información?
La Informática es «el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores »
Información: «secuencia de símbolos que pertenecen a un alfabeto y que representan algún hecho, concepto o idea»
E.g. número, frase, imágen, vídeo, música, etc. La información en un ordenador va codificada,
es decir, es transformada biunívocamente a otro conjunto de símbolos, interpretables por él
Codificación de la información
Los ordenadores actuales utilizan binario (0, 1), codificación basada en potencias de 2
El computador no es capaz de discernir el tipode información que guarda en memoria
Es tarea del programador darle la interpretacióncorrecta al número binario
El informática se usan también los sistemas de numeración octal y hexadecimal
Conversión a decimal
La conversión de un número 'N' en base 'b' a base decimal se calcula según el siguiente polinomio:
¿Cuántos valores se pueden representar con 'n' bits? ¿Cuántos bits se necesitan para representar un
número?
N = an* bn + an-1* bn-1 + … + a1* b1 + a0* b0 = ∑ai* bi
De binario a octal y hexadecimal
B O B H B H000 0 0000 0 1000 8001 1 0001 1 1001 9010 2 0010 2 1010 A011 3 0011 3 1011 B100 4 0100 4 1100 C101 5 0101 5 1101 D110 6 0110 6 1110 E111 7 0111 7 1111 F
B – BinarioO – OctalH – Hexadecimal
Conversión de decimal a otra base
Representación de números enteros
Enteros sin signo, signo y magnitud, sesgado, complemento a 1, complemento a 2, BCD, etc.
55 -55 MétodoSignomagnitud 00110111 10110111 El bit más significativo define el signo
-(2n-1-1) a 2n-1-1, dos ceros ¿?Sesgado 10110111 01001001 El número binario 0 se asigna a -2n-1
Ca1 00110111 11001000 Como signo y magnitud, magnitud invertido-(2n-1-1) a 2n-1-1, dos ceros ¿?
Ca2 00110111 11001001 Ca1 + 1-2n-1 a 2n-1-1, un cero
BCD 01010101 - Se codifica cada dígito en binario
8 bits
Representación de números reales
Son los más complicados de representar: parte entera finita y parte fraccionaria (in)finita
− Parte fraccionaria provoca pérdida de precisión, ya que el ordenador tiene precisión finita
− Existen valores que no se pueden expresar, como 1/3
La forma de representar los dos campos da lugar a dos tipos de representaciones: coma fija y coma flotante
Representación IEEE coma flotante
Precisión simple:
Precisión doble:
Signo Exponente Mantisa
23 bits8 bits1 bit
32 bits
Signo Exponente Mantisa
52 bits11 bits1 bit
64 bits
Representación de caracteres
Mediante tablas números-caracteres Primero ASCII (7 bits), luego ASCII extendido
(8 bits), actualmente Unicode (8, 16 y 32 bits)