conceptos básicos de informática - funcionamiento del ordenador

Tecnologías de la información – Profesor: Ricardo Rodríguez García

Unidad Didáctica 1.- La informática. Concepto de tratamiento informático de datos Página: 1

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1.- La informática. Conceptos teóricos 1.1.- Concepto de informática

Podemos definir la informática o computación como el conjunto de conocimientos científicos y de técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de las computadoras. Los aspectos de la informática cubren desde la programación y la arquitectura informática hasta la inteligencia artificial y la robótica.

1.2.- Concepto de Ordenador o Computadora Entenderemos por ordenador o computadora cualquier dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información.

Tipos de ordenadores o computadoras

En la actualidad se utilizan dos tipos principales de ordenadores: analógicos y digitales. Sin embargo, el término ordenador o computadora suele utilizarse para referirse exclusivamente al tipo digital, éste último concepto el de tratamiento digital de la información será el empleado en el presente curso.

Todo lo que hace un ordenador digital se basa en una operación: la capacidad de determinar si un conmutador, o ‘puerta’, está abierto o cerrado. Es decir, el ordenador puede reconocer sólo dos estados en cualquiera de sus circuitos microscópicos: abierto o cerrado, alta o baja tensión o, en el caso de números, 0 o 1.

Sin embargo, es la velocidad y la fiabilidad con la cual el ordenador realiza este acto tan sencillo, lo que lo convierte en una maravilla de la tecnología moderna. Las velocidades del ordenador se miden en megahercios, o millones de ciclos por segundo. Un ordenador con una velocidad de reloj de 100 MHz, es capaz de ejecutar 100 millones de operaciones discretas por segundo.



2.- Actividad práctica: Diferencia entre información analógica y digital Se trata de comprender la diferencia que existe entre la información analógica y la digital mediante un sencillo juego. Para ello seguiremos las siguientes instrucciones:

1º.- Elige un grupo de trabajo que no pueda ver lo que haces. Dicho grupo de trabajo será el destinatario de la información a transmitir.

2º.- Coge una hoja de papel y haz una bola con ella. Enseña la bola a tu grupo receptor, indicándole que ese

tamaño se corresponde con el número 10.

3º.- Apunta aquí un número del 1 al 10: _______. Modifica la bola de papel anterior hasta que su tamaño se corresponda con el número apuntado, recordando que el número 10 es el correspondiente al tamaño original.

4º.- Lanza la bola a tu grupo receptor y pregunta por el número enviado. Apúntalo aquí: _______

5º.- ¿Coinciden?: Sí No Has transmitido una información analógica, es

decir, dando el valor adecuado en cada momento. Aunque existen sistemas más optimizados que éste, te habrás dado cuenta de la dificultad que implica manejar información analógica.

6º.- Ahora vamos a realizar la misma transmisión pero esta vez en modo digital. Toma una hoja de papel y

divídela en 4 partes, no tienen por qué ser iguales. Con cada de los cuatro trozos elabora una bola de papel. ¿Ya lo tienes?

7º.- Apunta aquí un número del 1 al 10: _______. Realiza cuatro lanzamientos a tu grupo receptor siguiendo

el siguiente código digital:

= bola llena, se corresponde con el “1” digital. Lanzamos una de las bolas de papel al grupo receptor.

= bola vacía, se corresponde con el “0” digital. Se hace el gesto de lanzar una bola, pero no lanzamos nada.

Orden de lanzamiento

1º 2º 3º 4º Información 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Códigos de lanzamiento



8º.- Una vez efectuados los cuatro lanzamientos al grupo receptor pregunta por el número enviado. Apúntalo

aquí: _______

9º.- ¿Coinciden?: Sí No Ahora acabas de transmitir una información digital, es decir utilizando únicamente dos elementos: y . Habrás observado que necesitamos más bolas de papel, pero el método es más eficaz.


Unidad Didáctica 2.- El ordenador o computadora Página: 4

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1.- El ordenador personal En 1981 IBM lanzó al mercado el IBM PC, el primer ordenador personal. Las siglas PC, correspondientes a Personal Computer, es decir, ordenador personal, se convirtieron en un estándar informático que, con más de veinte años a sus espaldas, goza de plena vigencia. Gracias a su arquitectura abierta, el PC ha podido evolucionar a un ritmo vertiginoso que parece no tener fin. El ordenador personal o PC también se conoce como ordenador compatible o clónico. Otro tipo de ordenadores de uso personal, como los Macintosh de Apple, son máquinas de menor difusión que, básicamente, satisfacen las necesidades de algunos sectores profesionales muy especializados, como el diseño y la autoedición.

El éxito del PC radica, principalmente, en su arquitectura abierta. La principal aportación del primero de los PCs de IBM fue su construcción modular, es decir, el ordenador estaba formado por un conjunto de componentes electrónicos conectados entre sí de forma que se facilitaba tanto el mantenimiento como la posterior ampliación del hardware.

1.1.- Funcionamiento interno Básicamente, el funcionamiento de un PC se divide en cuatro grupos de tareas:

La CPU procesa los datos que recibe.

La memoria almacena la información tanto por procesar como ya procesada.

Los puertos de entrada reciben la información para procesarla o almacenarla.

Los puertos de salida extraen la información del ordenador después de su procesamiento.



Para que esta estructura funcione, todos los elementos que componen un ordenador deben comunicarse entre sí, de forma que la información pueda circular entre los distintos grupos de tareas. De esta comunicación se encarga el bus del sistema que interconecta los componentes básicos del PC. El microprocesador

Cuando el PC está en marcha, el microprocesador es el elemento encargado de manipular la información que circula por el ordenador y de controlar gran parte de las tareas restantes llevadas a cabo por otros componentes. Debido a la importancia de su trabajo, se le suele comparar con el cerebro aunque, como éste, no podría gobernar las funciones del organismo sin el apoyo del resto de los órganos. El funcionamiento del PC consiste en la ejecución de programas, lo que significa que se basa en la interpretación de series de instrucciones que el microprocesador recibe. Obviamente, estas instrucciones no salen de la nada, sino que le son facilitadas por la memoria. La intercomunicación entre la memoria y el microprocesador es una transmisión de información que se efectúa a través de buses de datos, que podrían definirse como una red de autopistas y carreteras que une los distintos componentes del PC. El bus del sistema

Los primeros IBM PC contaban con un bus que interconectaba todos los componentes del PC de igual a igual: la memoria, el microprocesador, etc. Con el tiempo esta estructura inicial demostró no ser capaz de absorber los caudales de datos que requerían todos los componentes; el bus del sistema empezó a fraccionarse y especializarse propiciando la aparición de nuevos buses de datos. Repasamos a continuación de forma breve la historia de los buses del sistema:

El bus ISA.- El primer IBM PC incorporaba un bus ISA de 8 bits, que posteriormente se amplió a 16 bits dando el bus ISA que puede encontrarse en la actualidad, en la mayoría de los PCs.

El bus MCA.- En breve el bus ISA empezó a demostrar su debilidad ante la avalancha de información que debía manejar un PC, surgieron por tanto varias alternativas. La propuesta de IBM recibió el nombre de MCA Micro Channel Arquitecture, arquitectura de microcanal, que ofrecía un bus de 32 bits pero tenía en su contra el uso exclusivo en PCs IBM y su total incompatibilidad con los buses ISA existentes.



El bus EISA.- Por otro lado el bus EISA (Extended ISA, ISA extendido) permitía usar en la misma ranura cualquier tipo de tarjeta ISA, aportando un ancho de banda de 32 bits en modo EISA. Por desgracia, su elevado coste dificultó su implantación.

El Vesa Local Bus y el bus PCI.- En época más reciente dos buses de 32 bits, el Vesa Local Bus y el PCI (Peripheral Component Interconnect), compitieron durante un corto periodo de tiempo. Las escasas mejoras en cuanto a las prestaciones que se obtenían con la instalación del Vesa Local Bus acabaron favoreciendo el despegue del bus PCI, que se ha afianzado como estándar.

El bus AGP.- Es un bus dedicado a la conexión exclusiva de tarjetas gráficas (Accelerated Graphics Port, puerto de gráficos acelerado). Aquellas tarjetas gráficas que usan este bus dedicado esquivan la información que fluye por el bus PCI, al conectarse directamente el chipset y conseguir de esta forma un acceso más rápido, tanto a procesador como a la memoria RAM.

El Chipset

En la actualidad los ordenadores se estructuran internamente en función del microprocesador y del chipset. Éste último se encarga de enlazar y gestionar los distintos buses de datos que coexisten en la placa base. Los PCs que cuentan con microprocesadores de la familia Pentium tiene un bus del sistema que conecta la RAM, el microprocesador y la memoria caché de segundo nivel a una frecuencia de 66, 100 o 133 MHz. Para que el bus del sistema pueda comunicarse con el resto de dispositivos del PC, el chipset le pone en contacto con los siguientes buses:

PCI (Peripheral Component Interconnect, conexión de componentes periféricos). Para conectar los periféricos al PC, el bus PCI incorpora a la placa base ranuras de expansión por las que los periféricos pueden contactar con el bus.

ISA (Industrial Standard Architecture, arquitectura estándar industrial). Para mantener la compatibilidad

con las tarjetas ISA los chipsets facilitan una pasarela de conexión entre el bus PCI y el ISA. Junto a las ranuras de expansión PCI suelen haber ranuras ISA, que permiten conectar periféricos que requieren



una capacidad de transferencia muy pequeña, como la que demandan un módem interno o una tarjeta de sonido.

AGP (Accelerated Graphics Port, puerto de gráficos acelerado). Gracias al bus AGP, la tarjeta de vídeo

pasa de conectarse del bus PCI a estar conectada directamente al bus del sistema, acelerando enormemente los procesos gráficos que los ordenadores actuales utilizan en campo como el diseño en 3D o las tecnologías multimedia.

La memoria

Igual que existen distintos tipos de buses, también existen varias clases de memorias. Básicamente, en un ordenador podemos encontrar los siguientes tipos de memorias:

RAM (Random Access Memory, memoria de acceso aleatorio). El microprocesador puede almacenar y recuperar datos en la memoria RAM de forma ágil y rápida, pero la información almacenada en la memoria RAM se pierde al desconectar la máquina.

ROM (Read Only Memory, memoria de sólo lectura). El microprocesador no puede almacenar información en este tipo de memoria, sólo puede leerla, pero, al contrario de los que sucede con la memoria RAM, su contenido no se pierde cuando se desconecta el ordenador. Gracias a esta característica cuando arrancando el ordenador, el microprocesador puede recuperar, desde ella, el programa que va a permitirle empezar a funcionar. Este programa de arranque forma parte del BIOS.



1.2.- ¿Cómo arranca el PC?

Desde que se pulsa el botón de encendido del ordenador hasta que el usuario puede empezar a trabajar, el PC se encarga de llevar a cabo un gran número de tareas. En primer lugar se activa el hardware para, una vez concluido este proceso, arrancar el sistema operativo (SO).

Al pulsar el botón de arranque del PC, la corriente eléctrica llega a al placa base, desde la caja de alimentación de la unidad central de proceso.

El microprocesador se activa al recibir la primera señal eléctrica; en este proceso borra y pone a cero todos sus registros y contadores para evitar que almacenen datos residuales de sesiones anteriores. Una vez terminada la fase de puesta en marcha, el microprocesador está ya listo para ejecutar el

programa de arranque que está almacenado de forma permanente en la memoria del BIOS.

Tras iniciar el programa de arranque que contiene el BIOS, el microprocesador lo interpreta ejecutando una serie de pruebas del sistema conocidas como POST (Power On Self Test, comprobación automática del encendido).

Aspecto del chip que contiene el BIOS.

El microprocesador envía señales de arranque, a través del bus del sistema, para detectar la presencia y el correcto funcionamiento de los dispositivos conectados al PC. Los dispositivos plug & play (PnP) se activan y solicitan al procesador los recursos que necesitan para funcionar. Llegados a este punto

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del proceso de arranque, la tarjeta de video se inicializa y permite que aparezcan en pantalla los primeros mensajes informativos.

Zócalos de expansión para dispositivos con la tarjeta

de video conectada.

El POST ejecuta una serie de pruebas con la memoria RAM que consisten en almacenar y recuperar los datos comprobando así su correcto funcionamiento.

Módulo de memoria en su emplazamiento en la placa

base, cerca del procesador.

Una de las últimas comprobaciones que realiza el POST durante el arranque es la prueba del correcto funcionamiento del teclado. Una vez superada se permite al usuario interrumpir el proceso para configurar alguno de los parámetros del BIOS.

Superadas todas las pruebas el programa de arranque almacenado en el BIOS, éste comprueba las unidades de almacenamiento disponibles para determinar la unidad de inicio, en la que encontrará el sector de arranque con el programa de puesta en marcha del SO, que cargará en memoria y ejecutará

para poder cederle el control del PC.

Conectores para los dispositivos de almacenamiento

como el disco duro y la disquetera.

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2.- Simulación de un sistema basado en microprocesador Con el fin de ayudarnos a comprender el funcionamiento de un sistema relativamente complicado, como es el de un ordenador personal o PC, se propone la simulación de un sistema bastante más sencillo: un control de temperatura basado en microprocesador. Se trata de simular el funcionamiento de un sencillo control de temperatura, asignando cada uno de los elementos del sistema a distintos equipos de trabajo, que recibirán instrucciones acerca de su función en el conjunto y cómo intercambia la información con el sistema. De esta manera llegaremos a conocer cómo se intercomunican los distintos elementos que configuran un sistema basado en microprocesador, así como la manera en que todo el conjunto interactúa con el exterior. 2.1.- Esquema básico de un control de temperatura basado en microprocesador Se muestra a continuación el diagrama de bloques básico de un regulador de temperatura que permite mantener la temperatura de una determinada estancia por encima de un determinado valor que podemos prefijar. Consta, por tanto, de los siguientes elementos:

Un regulador que permite fijar la temperatura de referencia.

Un sensor de temperatura que mide en cada momento la temperatura de la estancia.

Un calefactor que proporciona energía calorífica en aquellos momentos en los que la temperatura de la estancia se encuentre por debajo de la temperatura fijada en el regulador.

El sistema de control.



2.2.- Funcionamiento El funcionamiento de nuestro “regulador de temperatura” es el de cualquier sistema de control realimentado, siguiendo los mismos pasos que llevaría a cabo cualquiera de nosotros si tuviéramos que mantener la temperatura de una habitación de modo manual.

1º.- Tomamos nota de la medida de temperatura que ofrece el sensor. 2º.- Tomamos nota de la temperatura de referencia que fija el regulador.

3º.- Comparamos ambas temperaturas lo que nos lleva a tener que actuar de forma diferente según el

resultado de dicha comparación.

Si la temperatura de referencia es mayor que la medida por el sensor, entonces tendremos que conectar el calefactor.

En caso contrario, es decir si la temperatura de referencia es menor que la medida por el sensor,

deberemos apagar el calefactor.

4º.- Volvemos a repetir los pasos 1º, 2º y 3º. La sucesión de pasos anteriores se puede representar mediante el siguiente ordinograma, en el que se puede observar que el microprocesador debe ejecutar un programa en forma de bucle, es decir, un programa que debe ser ejecutado un número infinito de veces, para poder controlar la temperatura en cada momento.

LEER SENSOR

GUARDAR DATO EN RAM

INICIO

ACTIVAR CALEFACTORDESACTIVAR CALEFACTOR

LEER REFERENCIA

¿REFER > SENSOR? SI NO

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