Introducción a la Computación.

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1 Introducción a la Computación.
Definición de los términos básicos. Computación, Programas, Software, Hardware. Mainframe, minicomputadores, microcomputadores. Computadores analógicos, digitales, híbridos. Lenguaje de maquina, de programación, ensamblador. Lenguaje de Alto, Medio y bajo nivel. Monousuario, Multiusuario, Monoproceso y Multiproceso. Sistemas de numeración Binario y Hexadecimal. Conversión entre sistemas Arquitectura básica de un computador. Dispositivos de entrada / salida Memoria secundaria Unidad Central de Proceso Unidad aritmética – lógica (UAL). Unidad de Control (UC). Memoria Principal. Buses del Sistema. Software, definiciones y clasificaciones Software de Sistemas. Software de aplicación.

2 Definición de los términos básicos.
Computación, Programas, Software, Hardware. Computación un conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático y racional de la información. Informatica Es la ciencia del tratamiento automático de la información mediante un computador. Programa Secuencia de instrucciones que ejecuta una computadora para cumplir una tarea específica.

3 Definición de los términos básicos.
Computación, Programas, Software, Hardware. COMPUTADOR: Dispositivo o maquina que realiza cálculos o controla operaciones que pueden ser expresadas en términos lógicos o numéricos. Se construyen a partir de componentes que ejecutan funciones muy simples y bien definidas. La interacción compleja de estos componentes dota al computador con la habilidad de procesar información. Si se configura de forma apropiada (usualmente con programación) el computador puede representar algún aspecto de un problema o parte de un sistema. Si a un computador, configurado de manera correcta, se le suministran los datos de entrada apropiados, pueden resolver de forma automática el problema o predecir el comportamiento de un sistema. Maquina o dispositivo físico utilizado para el tratamiento automático de la información. Maquina programable que recibe, almacena y procesa información, y provee un resultado útil.

4 Definición de los términos básicos.
Computación, Programas, Software, Hardware. ware articles of the same kind or material; usually used in combination: `silverware', `software' consume: spend extravagantly; "waste not, want not" merchandise: commodities offered for sale; "good business depends on having good merchandise"; "that store offers a variety of products" Software: Es el conjunto de programas e instrucciones asociados a una computadora. La parte intangible que hace funcionar un sistema informático y que puede ser modificada con facilidad, como concepto opuesto a la circuitería, hardware, o parte sólida del equipo. Hardware: corresponde a todas las partes físicas y tangibles de una computadora: sus componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos; sus cables, gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado .

5 Definición de los términos básicos.
Computación, Programas, Software, Hardware. El computador actual tiene básicamente la siguiente estructura: CPU (Central Processing Unit) o Unidad de Procesamiento Central, La Memoria Y la Unidad de Entrada/Salida. La Memoria contiene los programas/datos, el CPU lee de memoria programas/datos, ejecuta las instrucciones y guarda los resultados, la Unidad de E/S permite la comunicación del computador con el exterior (Discos Duros, pantalla, Teclado, Puertos de Salida/Entrada, etc). Dependiendo del tamaño del computador, los bloques básicos pueden ser mas o menos complejos, pero básicamente cualquier computador tiene estos tres bloques que constituyen el hardware.

6 Definición de los términos básicos.
Mainframe, minicomputadores, microcomputadores. SUPERCOMPUTADORAS Computadora muy potente y rápida, diseñada para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y dedicada a una tarea específica. Ejemplos de tareas a las que son dedicadas las supercomputadoras: Búsqueda y estudio de la energía y armas nucleares. Búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos. El estudio y predicción de tornados. El estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo. Elaboración de maquetas/proyectos de creación de aviones, simuladores de vuelo. IBM Blue Gene/P supercomputer at the Argonne Leadership Computing Facility million floating point operations per second (FLOPS) for each watt of electricity that it consumes (36.4 kW)

7 http://www. techeblog. com/index
The US Air Force's Condor Project is a supercomputer unlike any other, in that it consists of 1,716 networked PlayStation 3 consoles. It "was created for the Air Force for its image processing tasks; it's considered one of the top forty fastest computers in the world, despite its video game brains.

8 Definición de los términos básicos.
Mainframe, minicomputadores, microcomputadores. MAINFRAMES Son sistemas grandes, rápidos y costosos con capacidad de controlar cientos de usuarios en forma simultánea, así como manejar cientos de dispositivos de entrada y salida. Su costo va desde los 350 mil dólares hasta varios millones de dólares. En el pasado, 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, ésto para ocultar los cientos de cables de los periféricos , y su temperatura tiene que estar controlada. IBM's T-Rex mainframe

9 Definición de los términos básicos.
Mainframe, minicomputadores, microcomputadores. MINICOMPUTADORAS En 1960 surgió la minicomputadora, una versión pequeña de la mainframe. Al ser orientada a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un mainframe, y esto ayudo a reducir el precio y costos de mantenimiento . En general, una minicomputadora, es un sistema multiproceso (varios procesos en paralelo) capaz de soportar de 10 hasta 200 usuarios simultáneamente. Actualmente se usan para almacenar grandes bases de datos, automatización industrial y aplicaciones multiusuario. PDP 11

10 Definición de los términos básicos.
Mainframe, minicomputadores, microcomputadores. MICROCOMPUTADORAS o PC´s Tuvieron su origen con la llegada de los microprocesadores. Un microprocesador es "una computadora en un chip". Las PC´s son computadoras para uso personal, relativamente baratas y actualmente se encuentran en las oficinas, escuelas y hogares. El término PC se deriva de que para el año de 1981 , IBM®, sacó a la venta su modelo "IBM PC", la cual se convirtió en un tipo de computadora ideal para uso "personal", de ahí que el término "PC" se estandarizó. Las versiones de Microcomputadoras que fabricaron otras empresas fueron llamados clones o "PC y compatibles".

11 MICROCOMPUTADORAS MINICOMPUTADORAS MAINFRAME SUPERCOMPUTADORAS
VELOCIDAD Miles de millones (Flop/seg) Cientos de millones (Inst/seg) Decenas de millones (Inst/seg) USUARIOS A LA VEZ Hasta miles, en entorno de redes. Centenares o miles. Decenas , o cientos si se usan en red. Uno REQERIM. INSTALACION Instalaciones y A/A especiales. Instalaciones especiales y A/A Instalaciones normales. No hay requerim, espec. FACILIDAD DE USO Solo para especialistas. Para especialistas. Faciles de usar. CLIENTES USUALES Grandes centros de investigación. Grandes corporaciones y gobiernos. Universidades, empresas medianas. servidores de redes. Peq. empresas, oficinas, escuelas, hogar. PARQUE INSTALADO Menos de mil Miles Cientos de miles. Millones COSTO ($) Decenas de millones Centenares de miles Decenas de miles Pocos miles

12 Definición de los términos básicos.
Monousuario, Multiusuario, Monoproceso y Multiproceso MULTIPROCESAMIENTO. Es el uso de más de un CPU en un sistema para mejorar su funcionamiento. El manejo de este tipo de computadores requiere técnicas especiales de programación para evitar la interferencia entre los programas que están corriendo en paralelo. MONOPROCESO. En los casos en que se tiene un solo CPU solo se puede ejecutar un programa en un momento dado. MULTIUSUARIO. Los computadores que poseen una unidad de entrada/salida de gran capacidad pueden atender varios usuarios en forma simultánea. A este tipo de sistema se le conoce con el nombre de multiusuario. A esta categoría pertenecen los Mainframe y los Minicomputadores. MONOUSUARIO. Este tipo de computadores solo puede atender un usuario de forma simultánea. A este tipo de computadores pertenecen los microcomputadores.

13 Definición de los términos básicos.
Lenguaje de maquina, de programación, ensamblador. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN. Es una técnica de comunicación estandarizada que permite suministrar instrucciones a un computador. Es un conjunto de reglas usadas para definir un programa para una computadora. El lenguaje de programación permite al programador especificar en forma precisa sobre que parte de los datos se tomaran acciones, como esos datos serán almacenados/transmitidos y que acciones se tomaran en diferentes circunstancias.

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15 Definición de los términos básicos.
Lenguaje de maquina, de programación, ensamblador. LENGUAJE ENSAMBLADOR. Es una notación comprensible para el programador, del lenguaje de maquina que usa una arquitectura especifica. El lenguaje de maquina, que no es mas que una secuencia de unos y ceros, se hace mas entendible reemplazando ciertas secuencias de unos y ceros con códigos llamados neumónicos. LENGUAJE DE MAQUINA. Un sistema de códigos directamente entendible por (el CPU de) la computadora es lo que llamamos lenguaje nativo o lenguaje de maquina. El lenguaje de maquina esta compuesto solo de unos y ceros, los cuales al ser combinados forman los códigos que tienen un significado especifico para el CPU. Cada CPU tiene su propio lenguaje de maquina aun cuando existe la llamada compatibilidad. Si el CPU A entiende completamente el lenguaje del CPU B se dice que A es compatible con B. El CPU B puede no ser compatible con CPU A, ya que A puede poseer instrucciones que B no tiene.

16 Definición de los términos básicos.
Lenguaje de Alto, Medio, Bajo nivel. Un lenguaje de alto nivel permite al programador escribir las instrucciones de un programa utilizando palabras o expresiones sintácticas muy similares al inglés. Por ejemplo, en C se pueden usar palabras tales como: case, if, for, while, etc. para construir con ellas instrucciones como: if(numero>0) printf("El número es positivo"); que traducido al castellano viene a decir que: Si numero es mayor que cero, entonces, escribir por pantalla el mensaje: "El número es positivo". Ésta es la razón por la que a estos lenguajes se les considera de alto nivel, porque se pueden utilizar palabras de muy fácil comprensión para el programador. Los lenguajes de bajo nivel son aquellos que están más cerca del "entendimiento" de la máquina .

17 Definición de los términos básicos.
Lenguaje de Alto, Medio, Bajo nivel. Otra característica importante de los lenguajes de alto nivel es que, para la mayoría de las instrucciones de estos lenguajes, se necesitarían varias instrucciones en un lenguaje ensamblador para indicar lo mismo. De igual forma que, la mayoría de las instrucciones de un lenguaje ensamblador, también agrupa a varias instrucciones de un lenguaje máquina.                                                                                                                            

18 Definición de los términos básicos.
Computadores analógicos, digitales, híbridos. COMPUTADOR Maquina programable que recibe, almacena y procesa información, y provee un resultado útil. El COMPUTADOR ANALÓGICO es un dispositivo diseñado para procesar la entrada de datos en forma de una señal continua en lugar de hacerlo como datos numéricos.  

19 Definición de los términos básicos.
Computadores analógicos, digitales, híbridos. COMPUTADOR Maquina programable que recibe, almacena y procesa información, y provee un resultado útil. COMPUTADORES DIGITALES. Un computador que representa los números y otros datos usando estados internos discretos

20 Definición de los términos básicos.
Computadores analógicos, digitales, híbridos. Computador HIBRIDO computador que posee caracteristicas de los computadores analogicos y computadores digitales. El componente digital normalmente sirve como el controlador y provee operaciones lógicas. El componente analógico procesa las señales analogicas.

21 Introducción a la Computación.
Definición de los términos básicos.  Sistemas de numeración Binario y Hexadecimal. Conversión entre sistemas Arquitectura básica de un computador. Dispositivos de entrada / salida Memoria secundaria Unidad Central de Proceso Unidad aritmética – lógica (UAL). Unidad de Control (UC). Memoria Principal. Buses del Sistema. Software, definiciones y clasificaciones Software de Sistemas. Software de aplicación.

22 Arquitectura básica de un computador.
LA MAQUINA Von Neumman. (1947) Von Neumman propuso la construcción de una maquina basada en los siguientes postulados: Si el dispositivo es un computador, tendrá que hacer operaciones aritméticas elementales frecuentemente. (+ - * / ). Es razonable que tenga elementos especializados solo en estas operaciones. El control lógico de las operaciones debe ser realizado en forma eficiente por un órgano de control central. Cualquier dispositivo que realice secuencias largas y complicadas debe tener una memoria considerable. El dispositivo tiene que estar dotado con la habilidad de mantener contacto de entrada y salida con el medio. Esta propuesta fue la base del computador actual, o sea que todavía esta vigente.

23 Arquitectura básica de un computador.
Esta arquitectura considera los siguientes elementos: MEMORIA CPU (Unidad Procesamiento Central) Unidad de Control (UC) Unidad Logica – Aritmetica Unidad Entrada / Salida Buses del Sistema

24 Arquitectura básica de un computador.
PANEL E/S EXP. BUS CPU MEMORIA

25 Arquitectura básica de un computador.
MEMORIA La memoria es una secuencia de celdas numeradas, cada una contiene información. Esta información puede ser una instrucción que le indique al computador que hacer o puede contener datos que se requieren para procesar el programa. Cualquier celda puede contener en un momento un dato y al siguiente una instrucción. La cantidad de celdas y su tamaño varían dependiendo del fabricante, tamaño y tipo del computador. contenido Memoria Principal. Esta conectada directamente al CPU. Esta memoria requiere que el computador este encendido para mantener los datos almacenados dirección Memoria Secundaria. Esta conectada a la Unidad E/S. La información almacenada se mantiene aun cuando el medio de almacenamiento no esta energizado.

26 Arquitectura básica de un computador.
CPU (Central Processing Unit). Unidad de Procesamiento central contiene los elementos principales: La Unidad Lógica Aritmética (ULA). Es el elemento que ejecuta operaciones básicas tales como suma, resta, operaciones lógicas (And, Not, Or) y operaciones de comparación (>, <, =). En este elemento es donde se hace el “trabajo real”. La unidad de Control. Controla cual celda de memoria contiene la instrucción que se está ejecutando, interpreta las instrucciones contenidas en memoria y transfiere los resultados de las operaciones de vuelta a la memoria. Una vez que esto ocurre, pasa a la siguiente instrucción, siguiendo un ciclo como el que se muestra en la figura. Existen otros elementos en el CPU, llamados registros, similares a las celdas de memoria, que apoyan las funciones del CPU. Estos elementos son el Registro de Instrucciones (RI), El Contador del programa (CP) y el Acumulador (AC).

27 4004 1974 sandy bridge 2011

28 Arquitectura básica de un computador.
Un computador con esta arquitectura realiza siguientes pasos secuencial-mente para ejecutar un programa: La UC obtiene la instrucción de la memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción. Se aumenta el contador de programa para apuntar a la siguiente. La UC decodifica la instrucción y coordina el resto de componentes del computador para realizar la función indicada. La ULA ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores. Vuelve al paso 1.

29 UNIDAD Entrada / Salida
Permite al computador obtener información del mundo exterior y guardar o mostrar los resultados de su trabajo. La unidad E/S necesita dos interfaces de comunicación: hacia adentro necesita comunicarse con el CPU y con la memoria y hacia el exterior necesita comunicarse con los diferentes dispositivos que se conectan al computador (Teclado, monitor, impresoras, unidades de almacenamiento, etc.). Hacia adentro la comunicación es similar a la comunicación CPU - Memoria o sea que las operaciones posibles sobre la Unidad E/S son Lectura / Escritura. La comunicación hacia el exterior se hace a través de “puertos” teniendo cada uno de estos puertos una dirección asignada. Las operaciones sobre estos puertos son también Lectura y escritura. Los dispositivos que se conectan a la unidad de E/S se pueden separar en dos categorías principales: Dispositivos de Almacenamiento o memoria secundaria (Disco Duro, CD, etc) y dispositivos de E/S (Teclado, escáner, impresora, etc).

30 Arquitectura básica de un computador.
Buses del sistema. La conexión entre los diferentes elementos que forman el computador es bastante compleja debido a la cantidad de señales que se intercambian entre si los elementos. Para superar esta dificultad se selecciono un esquema de conexión llamado Bus. Para realizar la conexión se agrupan las señales de acuerdo al tipo de señal que transportan y se organiza en tres categorías: Control, Datos y Direcciones. De esta forma se tiene el esquema de conexiones como se muestra en la figura:

31 Software, definiciones y clasificaciones
Software es un término genérico que agrupa un conjunto de datos e instrucciones (programas) que se divide en tres grandes categorías: Software del Sistema, que provee acceso y administra los recursos del computador, Software de Programación que permite el diseño de programas y Software de Aplicación que se usa para ejecutar tareas específicas orientadas a las necesidades del usuario. Software del Sistema El software del sistema es el responsable de controlar, integrar y administrar los componentes (hardware) de un computador de manera que otros programas que estén usando el sistema lo vean como una unidad funcional sin tener que preocuparse por detalles de bajo nivel como por ejemplo la transferencia de datos de memoria al disco o como se transfiere texto a la pantalla. Generalmente el software del sistema consiste de un Sistema Operativo y algunos programas de apoyo (Utilities) tales como: Administradores de discos, Controladores de despliegue, impresión, sonido, editores de texto, controladores de acceso al sistema, controladores de redes, etc.

32 Software, definiciones y clasificaciones
En el nivel más básico, un SO administra los recursos de hardware y software del computador. Estos recursos incluyen elementos tales como procesador, memoria, espacio en disco, impresoras, etc. TIPOS DE SISTEMAS OPERATIVOS SO en tiempo real. Se usa para control de procesos industriales, de instrumentos científicos y de maquinaria. SO Monousuario.- Administra el computador de manera que solo un usuario puede hacer una sola cosa en un momento dado. Un ejemplo de este SO es el de los computadores de mano (Palm Computer). SO Monousuario, Multitarea.- Se usa en los computadores de escritorio. En este caso el computador puede ser usado por una sola persona pero puede ejecutar varios programas “al mismo tiempo”. SO Multiusuario.- Permite muchos usuarios al mismo tiempo. El SO debe garantizar que los requerimientos de los usuarios sean satisfechos de forma balanceada y que un problema con alguno no afecte la comunidad de usuarios. Un ejemplo de este tipo de SO es UNIX, VMS (Mainframe).

33 Software, definiciones y clasificaciones
Las tareas del SO, caen en seis categorías: Administración del procesador (CPU) Administración de Memoria Administración de dispositivos Interfase de aplicaciones Interfase de usuario Software de PROGRAMACION El software de PROGRAMACION es un conjunto de herramientas que ayudan al programador a diseñar programas. El proceso de creación de un programa incluye una primera etapa donde se escriben las instrucciones siguiendo las reglas del lenguaje seleccionado. Para esta primera etapa se requiere un editor de texto. Luego se requiere verificar la sintaxis y posteriormente traducir el programa al lenguaje de maquina y finalmente se ejecuta el programa y se verifica si los resultados, este proceso lo hace el compilador. Si los resultados no son los esperados viene una etapa de edición del programa original y se repite el proceso hasta lograr los resultados correctos.

34 Software, definiciones y clasificaciones
Software de PROGRAMACION Existen paquetes que integran todas estas herramientas y se les conoce como IDE (Integrated Development Environment). Este paquete contiene entre otras cosas un editor de texto, un compilador y/o interprete, un depurador, sistema de control de versiones. Software de APLICACION Permite al usuario final efectuar tareas especificas. Existe una gama muy amplia de aplicaciones que van desde juegos, procesadores de texto, de sonido, de imágenes, hojas de calculo, bases de datos y cada vez que se crea un producto nuevo se generan nuevos campos de aplicación y por lo tanto se crean miles de aplicaciones para esos productos.