Fundamentos de la Computación

1. Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas Departamento de Estudios Profesionales Genéricos Academias de Tecnología Informática Fundamentos de la Computación Licenciatura en Ciencias de la Informática M. en C. Ángel Gutiérrez González angutierrez@ipn.mx

2. Objetivos: Al término de este curso el alumno: Habrá adquirido los conocimientos generales acerca de la computación, así como la arquitectura y funcionamiento de la computadora digital además de sus periféricos. Se aplicaran los conceptos de forma práctica. Fundamentos de la Computación

3. Contenido: UNIDAD I. Introducción UNIDAD II. Componentes Principales de una Computadora UNIDAD III. Conceptos de Programación UNIDAD IV. Ambientes de Procesamiento de Datos UNIDAD V. Sistema Operativo UNIDAD VI. Tópicos Bibliografía Fundamentos de la Computación

4. Fundamentos de la ComputaciónUnidad II. Componentes principales de una computadora Objetivos particulares: • Al término de esta unidad, el alumno: • Identificará los componentes principales de una computadora, tanto de Hardware como de Software. • Clasificará sus elementos. • Establecerá criterios de comparación entre diversas arquitecturas.

5. Unidad II. Componentes principales de una computadora 2.1. Estructura general de una computadora 2.2. Unidad Central de Proceso 2.3. La Memoria 2.4. Dispositivos de Entrada / Salida 2.5. Conceptos Asíncrono / Síncrono 2.6. El modelo Von Newman 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso Bibliografía (Unidad II) Al término de La unidad se incluye una lista de actividades de aprendizaje a para ser realizadas por los alumnos participantes. Componentes principales de una computadora

6. 2.1. Estructura general de una computadora En términos generales, se compone de unidades de entrada, el procesador, que internamente contiene: la unidad de control, la unidad aritmética y lógica, y la unidad de memoria o almacenamiento primario, unidades de almacenamiento secundario o almacenamiento masivo y las unidades de salida. Unidades de entrada Unidades de salida Unidades de almacenamiento masivo (memoria secundaria) Procesador Unidad aritmética y lógica (ALU) Unidad de memoria (primaria o principal) Unidad de control Estructura general de una computadora Componentes principales de una computadora

7. 2.2. La Unidad Centra de Proceso (CPU) Memoria RAM Unidad aritmética y lógica (ALU) 0101…0111010111010 0101…0111010111010 0101…0111010111010 0101…0111010111010 …… …… …… 0001...1110101101100 0001…1110101101100 0001…1110101101100 0001…1110101101100 BUS de datos BUS de control BUS de datos Unidad de control BUS de direcciones La unidad central de proceso es un circuito secuencial que interpreta y ejecuta instrucciones, se compone de la unidad de control y la unidad aritmética y lógica y los registros que están en la memoria, todas ellas interconectadas entre si a través de un bus de datos, un bus de control y un bus de direccionamiento. Normalmente se encuentran en forma de CHIP´s o circuitos de silicio que contiene millones de componentes electrónicos. Componentes principales de una computadora

8. 2.3. La Memoria La Memoria de una computadora está formada por los elementos que permiten almacenar y recuperar la información, que en un contexto más amplio también se refieren a las unidades externas de almacenamiento. Memoria RAM Unidad aritmética y lógica (ALU) 0101…0111010111010 0101…0111010111010 0101…0111010111010 0101…0111010111010 …… …… …… 0001...1110101101100 0001…1110101101100 0001…1110101101100 0001…1110101101100 BUS de datos BUS de control Unidad Central de Proceso BUS de datos Unidad de control BUS de direcciones Componentes principales de una computadora

9. 2.3. La Memoria Las memorias son por lo regular circuitos que permiten almacenar y recuperar grandes cantidades de información en tiempos determinados generalmente cortos. Existe una gran cantidad de memorias, sin embargo se pueden clasificar principalmente en dos que son la memoria primaria y las memorias secundarios o también conocidas como de almacenamiento masivo, aunque son mucho más lentas en su acceso y recuperación de la información que la memoria primaria. BUS de direcciones Componentes principales de una computadora

10. 2.4. Dispositivos de Entrada / Salida (E/S) • Los dispositivos de periféricos son las unidades de las que dispone una computadora para comunicarse con el exterior. • Los características de los dispositivos E/S suelen diferir notablemente de las del procesador. Para hacer compatibles estas características entre periféricos y la CPU, se usan los denominados controladores de periféricos (circuitos de interfaz). • Cada periférico necesita su propio controlador para comunicarse con la CPU. El controlador esta formado por un conjunto de circuitos de adaptación y se encarga de la transferencia de datos entre la CPU y el periférico, recibiendo señales de control de la UC y generando señales de estado para la CPU y señales de control para el periférico. • La transferencia de información se realiza físicamente a través de puertos de E/S, que son registros que se conectan directamente a uno de los buses de la computadora. • Cada puerto tiene asociada una dirección o código, de forma que el procesador ve al periférico como un puerto o un conjunto de puertos. Componentes principales de una computadora

11. 2.4. Dispositivos de Entrada / Salida (E/S) Los dispositivos de entrada, transmiten información desde el mundo exterior al procesador y a la memoria de la computadora mediante la transformación de los datos en señales eléctricas codificadas (código binario), así, la CPU y la memoria reciben la información adecuadamente preparada para su tratamiento. Algunos Dispositivos de Entrada son : • Teclado • Ratón (mouse) • Scanner • Web Cam • Lápiz óptico • Palancas de mando (Joystick) • Lectores de código de barras • Micrófonos • Reconocimiento de voz Componentes principales de una computadora

12. 2.4. Dispositivos de Entrada / Salida (E/S) Los dispositivos de salida, transmiten información desde el procesador y la memoria de l a computadora al exterior mediante la transformación de señales eléctricas binarias en un lenguaje inteligible para los humanos (normalmente caracteres escritos o visualizados). Algunos Dispositivos de Salida son: • Pantalla o monitor (CRT) • Impresoras • Trazadores gráficos (plotters) • Bocinas de audio Componentes principales de una computadora

13. 2.4. Dispositivos de Entrada / Salida (E/S) Los dispositivos de almacenamiento Secundario (masivo), transmiten información hacia el procesador y la memoria de la computadora y viceversa: AlgunosDispositivos de Almacenamiento secundario (masivo) son: • Unidades de lectura / escritura de cintas magnéticas • Unidades de lectura / escritura de discos magnéticos • Unidades de lectura / escritura de discos ópticos Componentes principales de una computadora

14. 2.4. Dispositivos de Entrada / Salida (E/S) Los dispositivos de entrada/salida tienen funciones de entrada y salida en sus unidades a través del mismo mecanismo, algunos de ellos son: Componentes principales de una computadora

15. 2.5. Concepto de Asíncrono / Síncrono   Asíncrono Se desarrolló para solucionar el problema de la sincronía y la incomodidad de los equipos.En este caso la temporización empieza al comienzo de un carácter y termina al final, se añaden dos elementos de señal a cada carácter para indicar al dispositivo receptor el comienzo de este y su terminación.Al inicio del carácter se añade un elemento que se conoce como "StartSpace"(espacio de arranque),y al final una marca de terminación.Para enviar un dato se inicia la secuencia de temporización en el dispositivo receptor con el elemento de señal y al final se marca su terminación. Síncrono Este tipo de transmisión se caracteriza porque antes de la transmisión de propia de datos, se envían señales para la identificación de lo que va a venir por la línea, es mucho mas eficiente que la Asíncrona pero su uso se limita a líneas especiales para la comunicación de ordenadores, porque en líneas telefónicas deficientes pueden aparecer problemas.Por ejemplo una transmisión serie es síncrona si antes de transmitir cada bit se envía la señal de reloj y en paralelo es síncrona cada vez que transmitimos un grupo de bits. Componentes principales de una computadora

16. 2.6. El modelo Von Newmann • El modelo de arquitectura de Von Newman esta formado por: • Una Unidad Aritmético – Lógica(ALU), que realiza cálculos y comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es verdadera o falsa mediante las reglas del Algebra de Boole). Memoria secundaria Memoria principal Unidades de salida Unidades de entrada Unidad Aritmética y Lógica (ALU) Unidad de control (UC) Procesador central (CPU) Modelo de arquitectura de Von Newmann Componentes principales de una computadora

17. 2.6. El modelo Von Newmann • Una Unidad de Control (UC), que interpreta y ejecuta las instrucciones. • La Memoria Principal y una serie de registros donde se almacena información temporalmente. • Los Sistemas de Entrada / Salida que permiten la comunicación con los dispositivos periférico. La Máquina de Von Neumann, se usó en la EDSAC, la primera computadora que almacenaba el programa, y constituye todavía la base para la mayoría de las computadoras digitales. Componentes principales de una computadora

18. 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso Para hacer una referencia más acertada de la clasificación de las computadoras de acuerdo a su capacidad de proceso, se considera principalmente el tamaño y la velocidad de procesamiento, con lo que obtenemos, por ejemplo, las siguientes categorías. Un MIP, significaMillones de Instruccionespor Segundo (MIPS) Componentes principales de una computadora

19. 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso Tratando de ser más específico en algunas de estas categorías a continiacion se hace una descripción más a detalle: Forma de uso.- Se refiere a utilizar equipos de una o varias aplicaciones mediante tiempo compartido, multiprogramación, procesos en lotes, estos aspectos diferencian las mini computadoras de las microcomputadoras. Longitud de palabra.- Es una característica relacionada con el tamaño del equipo tanto del diseño interno como el de operación. generalmente es la unidad de información que se transmite internamente al realizar una operación; por lo general tiene procesamiento de 8 o 32 bits o más. Capacidad y velocidad de reflexión.- Implica la posibilidad de ampliar o cambiar tanto los dispositivos de entrada / salida como las memorias secundarias del sistema, se produce un importante desarrollo en materia de periféricos ya que resulta inoperante usar dispositivos caros y de uso pesado con una unidad central pequeña y muy barata. Componentes principales de una computadora

20. 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso SUPERCOMPUTADORAS.- Es el tipo de computadora más potente y más rápido que existe, están diseñadas para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y son dedicadas a una tarea específica puede ser capaz de procesar a asombrosas velocidades. Estos sistemas de cómputo se caracterizan por su gran tamaño y enorme velocidad de procesamiento, utilizados en aplicaciones científicas y complejas, su velocidad del calculo es de primordial importancia, son las extremadamente caras, cuentan con un control de temperatura especial para disipar el calor que algunos componentes alcanzan a tener. Algunas aplicaciones de importancia son la búsqueda y estudio de la energía y armas nucleares. búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos, estudio y predicción de tornados, estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo, elaboración de maquetas y proyectos de la creación de aviones, simuladores de vuelo etc.; por sus características y complejidad existe pocas en el mundo. Componentes principales de una computadora

21. 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso MACROCOMPUTADORAS o MAINFRAMES.- Las macrocomputadoras también conocidas como mainframes son de gran tamaño, y su poder de procesamiento es extremadamente rápido, son utilizadas en grandes aplicaciones comerciales, científicas, militares, o en aplicaciones donde se requiere manejar masivas cantidades de datos y manejo de complicados procesos, además su costo es muy elevado, requiere de instalaciones especiales como aire acondicionado, piso falso, personal altamente capacitado, son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida. En el pasado, los Mainframes ocupaban cuartos completos o hasta pisos enteros de algún edificio, hoy en día, un Mainframe es parecido a una hilera de archiveros en algún cuarto con piso falso, esto para ocultar los cables de los dispositivos periféricos, y su temperatura tiene que estar controlada, soporta grandes bases de datos por lo que dentro de su estructura cuenta con dispositivos para el almacenamiento de grandes volúmenes de información. Componentes principales de una computadora

22. 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso MINICOMPUTADORAS.- Es una versión más pequeña conocida como de medio rango, orientada a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un Mainframe, y lo que ayudo a reducir los costos, en tamaño y poder de procesamiento, se acerca a los mainframes y las estaciones de trabajo, es una computadora que maneja el concepto de multiproceso, capaz de soportar de 10 hasta 200 usuarios simultáneamente, en la actualidad se usan para almacenar grandes bases de datos, automatización industrial y aplicaciones multiusuario. Las estaciones de trabajo o Workstations (En redes, la palabra "workstation" o "estación de trabajo" se utiliza para referirse a cualquier computadora que está conectada a una red de área local), se encuentran entre las mini computadoras y las macrocomputadoras se utilizan para aplicaciones que requieren poder de procesamiento moderado y relativas capacidades de gráficos de alta calidad. Sus principales aplicaciones abarcan áreas de ingeniería, universidades, laboratorios de investigación. Componentes principales de una computadora

23. 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso MICROCOMPUTADORA.- Se basan en microprocesadores con base a circuitos de alta densidad son extremadamente pequeñas y baratas, se componen de un microprocesador, elementos de almacenamiento y de entrada / salida asociados,  se convierte en una microcomputadora al agregársele una unidad de memoria mas unos circuitos de entrada / salida (y/o) llamados puertos, la unidad de memoria contiene dos tipos de memoria fabricadas con material semiconductor RAM y ROM. La filosofía y el diseño de estos equipos se orientan mas hacia el usuario final, por su capacidad de computo tienen un inmenso potencial para varias aplicaciones, el costo es relativamente bajo, es muy confiable en la empresa pues tiene un regular capacidad para ejecutar trabajos o procesos, adicionalmente . se utilizan para aplicaciones caseras y de oficina normalmente para una sola persona por eso se les llama personales. Componentes principales de una computadora

24. 2.7. Clasificación de las computadoras por su capacidad de proceso LAP TOPS, PALM TOPS, HAND HELD Y GADGETS Componentes principales de una computadora

25. Actividades de aprendizaje Estudiar a detalle la estructura general de una computadora, así como, de sus diferentes componentes internos. Analizar a fondo la principales funciones de las subunidades que componen la Unidad Central de Proceso. Realizar y establecer una amplia clasificación de las memorias tanto de almacenamiento primario como secundario, llegando incluso a medir sus capacidades y potencialidades de almacenamiento Realizar una investigación a fondo de los dispositivos que existen de entrada, salida, entrada / salida, analizando las características de todos y cada uno de ellos. Someter a discusión los conceptos de síncrono y asíncrono y ejemplificar cada uno de ellos. Revisar y conocer a detalle el modelo Von Neumann y presentar la aportación más importante de dicho modelo en la actualidad. Investigar y establecer con claridad las diferencias principales que existen en la clasificación de las computadoras (Manejo de instrucciones por segundo, direccionamiento, tipos de sistema operativo, y sus tendencias tecnológicas. Componentes principales de una computadora

26. Bibliografía (Unidades I y II) • http://www.uan.edu.co/deans/ingautomatizacion/fotos/Automatas1.htm • http://www.angelfire.com/ultra2/sandivela_vic/COMPUTACION.htm • http://www.upiicsa.ipn.mx/polilibros/portal/Polilibros/P_terminados/Fundamentos_de_la_Computacion/Polilibro/inicio.html • http://www.carlospes.com/curso_de_informatica_basica/02_01_las_computadoras_digitales.php • http://www.gratisweb.com/atlasernesto/6.htm • http://www.masadelante.com/faq-software-hardware.htm • Breve Historia de la Computación y sus Pioneros • Carlos A. Coello Coello • Fondo de Cultura Económica • Diciembre, 2003 • 358 p.; 23 x 16 cm. • Colec. Sección de Obras de Ciencia y Tecnología • ISBN 968-16-7106-6 Componentes principales de una computadora

27. Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas Departamento de Estudios Profesionales Genéricos Academias de Tecnología Informática Fundamentos de la ComputaciónFin de la unidad IIComponentes principales de una computadora Licenciatura en Ciencias de la Informática !Gracias por su atención¡ M. en C. Ángel Gutiérrez González angutierrez@ipn.mx