Introduccion a las Ciencias Computacionales

CURSO EDUCACION A DISTANCIA UJAT 2009

CLAVE F0153

Introducción a las Ciencias Computacionales Datos de identificación de la materia Nombre:

Introducción a las Ciencias Computacionales.

Programa académico:

Licenciatura en Ciencias Computacionales

Clave:

F0153

Área de formación:

General

Tipo de curso:

A distancia

Ubicación:

Bases conceptuales del conocimiento disciplinar

Duración

40 horas

Horas teóricas:

25

Horas prácticas:

15

Total de horas:

40 horas

Asignaturas anteriores: no requiere Asignaturas siguientes: Programación 1, diseño de algoritmos.

Presentación ¡En horabuena! Si estas leyendo esto, es porque te has inscrito al curso de Introducción a las Ciencias Computacionales. Eso es bueno, porque en este curso vas a conocer muchos conceptos que te serán de gran utilidad en tu formación académica. También te felicito por haber tomado la decisión de llevar este curso en la modalidad “a distancia”, porque es una muy buena oportunidad para conocer y experimentar un nuevo estilo de aprendizaje, sin embargo, el que sea nuevo no significa que sea mejor o peor, porque esas características las vas a decidir tu con tu propia experiencia.

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El propósito principal de este curso es mostrarte, en tres grandes etapas, algunas actividades que un licenciado en ciencias computacionales debe saber realizar, y claro, muchos conceptos que es necesario saber. Hemos pensado que un curso como el que estas a punto de empezar es sumamente importante, pues hemos notado que los estudiantes que no lo llevan, han experimentado serias dificultades para entender y comprender los contenidos de otras materias de ciencias computacionales. Ten en cuenta, en todo momento, que puedes consultarme (tutor) para aclarar cualquier duda, con respecto a la plataforma de aprendizaje, al contenido del curso, al criterio de evaluación y en general, a en cualquier otro aspecto. Siempre estaré dispuesto a resolver tus dudas de la mejor manera posible y a buscar soluciones lo más pronto posible. Este curso está organizado en tres partes, o como suelen llamarlo, unidades-didácticas, las cuales las podemos escribir como: Parte 1: Fundamentos históricos y culturales de un programador

En esta parte, vas a aprender un poco de historia de la computación, que resulta fundamental para un desarrollo cultural equilibrado del conocimiento computacional. Pero no solo de la computación, sino también de los lenguajes de programación. También es fundamental entender cuáles han sido los problemas que han propiciado la creación de un número importante de lenguajes de programación, con diferentes características y que resuelven diferentes problemas.

Esta parte está constituida por tres módulos: 1.

La era de la información

2.

Los principios de la programación

3.

El desarrollo de programas

Parte 2: El quehacer de un programador

La parte central del curso estará dedicada a entender cómo se traduce un problema de la vida real, de tal modo que puedan ser resueltos por medio de una máquina computadora actual. Nos daremos cuenta de que para escribir programas de computadora acerca de un problema real, es muy útil expresarlo en un lenguaje cotidiano, pero con ciertas reglas gramaticales que nos permita la traducción a un lenguaje formal (de computadora) de una manera más fácil.

Los módulos que constituyen esta parte son: 1.

Introducción a los algoritmos

2.

Construcción de un algoritmo

Parte 3: Consejos para mejorar la escritura formal de un programador

Sin duda alguna, como suele ocurrir al aprender cualquier lenguaje, incluso el materno, siempre se cometen errores, en esta parte final del curso, te voy a mencionar algunos consejos prácticos que te van a permitir establecer una escritura formal ordenada que facilitará la lectura de tus programas, cosa que es de beneficio para ti y para aquellas personas que los lean.

Los módulos que constituyen esta parte son: 1.

Variables, constantes y tipos de datos

2.

Expresiones y órdenes

Puedes tener un panorama general de la organización de este curso en el siguiente mapa mental.

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Mapa mental

Introducción al curso La carrera de ciencias computacionales ofrece una variedad de especialidades, este curso te ha de servir para conocer algunas de éstas, para que desde ahora, puedas ir pensando en elegir una especialidad y así poder dirigir tus estudios, aún desde estos primeros semestres de tu carrera.

Este curso también te brinda las bases para que empieces a resolver problemas mediante el uso de la computadora, sabrás qué es y cómo funcionan los algoritmos; incluso te darás cuenta de que el uso de algoritmos trasciende el uso de la computadora, y se pueden aplicar aún en la vida cotidiana

Objetivo general Lograr que el alumno adquiera un panorama general de las ciencias computacionales y sirva de introducción hacia la carrera que esta cursando, permitiéndole así visualizar la línea en la que podría especializarse.

Perfil de egreso Al final del curso, serás capaz de reconocer los principales componentes de una computadora, de entender a grandes rasgos cómo es el proceso de creación de software, desde su concepción hasta la aplicación final, pasando por el proceso de compilación. También conocerás y entenderás el sistema binario y porqué es tan importante para las ciencias computacionales.

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Materiales requeridos para la asignatura Para este curso, necesitarás de los siguientes materiales: a) Una computadora con conexión a Internet, seguramente ya tienes una, puesto que te has inscrito al sistema de educación en línea. b) Un sistema de impresión. Aunque no es ni necesario ni indispensable, porque bien puedes leer el contenido en línea, y así mismo contestar los ejercicios. Pero si quieres imprimir el contenido para una lectura fuera de línea, entonces si es necesario. c) El transcurso de este programa habrá que leer algunos documentos, así como ver algunos videos que se han almacenado como recursos educativos a tu disposición. Para que puedas aprovechar estos recursos, asegúrate de que en tu computadora se puedan abrir archivos en formato PDF (Portable Document File), y FLV (FLash Video).

Metodología de trabajo La forma de trabajar es muy simple: En general se reduce a una interacción en la que yo como tu facilitador-de-aprendizaje me comprometo a lo siguiente: 1) Entregar el material que necesitas para leer y estudiar. Este material generalmente no incluye las actividades.

2)Entregar un conjunto de actividades relacionadas con el material de lectura.

3) Proponer actividades de retroalimentación, como el uso de foros de discusión y pláticas en línea.

4)Evaluar tu desempeño y entregarte a tiempo una nota de calificación.

Por tu parte, debes comprometerte a lo siguiente: 1) Estudiar todo el material proporcionado.

2)Realizar todas las actividades propuestas.

3) Participar en las actividades de retroalimentación.

Con esta manera de trabajar garantizaremos una buena comunicación que nos llevará a feliz término.

Me dará mucho gusto poder ayudarte en cualquier duda respecto al material de estudio, y haré lo posible por auxiliarte en cualquier problema que tengas y que sientas que te impide hacer tu trabajo de estudiante al cien por ciento.

Calendario del curso El curso está programado para llevarse a cabo en aproximadamente 12 semanas, que pueden administrarse como sigue:

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Parte 1:

4 semanas

Parte 2:

4 semanas

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Parte 3:

3 semanas

Evaluación final:

1 semana

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Criterio de evaluación Como una propuesta de parte de los creadores de este programa, un criterio de evaluación y calificación puede ser el siguiente:

Actividad de aprendizaje

Valor

Total acumulado

Participación en los foros

20%

20%

Participación en las pláticas en línea

10%

30%

Actividades de aprendizaje

30%

60%

Examenes parciales

15%

75%

Exámen final

25%

100%

Foros y Chats Afortunadamente contamos con dos muy buenas herramientas que nos permitirán mantenernos comunicados, con el fin de resolver dudas, aportar ideas para solucionar los problemas de los demás compañeros. Estas herramientas son los foros y las salas de pláticas en línea (chats).

El uso de estas herramientas es una gran ayuda, y por eso necesitamos establecer unas normas de conducta, para garantizar que el contenido tanto de los foros como los chats, aportará el máximo beneficio para quienes lo leamos.

Normas de conducta en nuestros foros de discusión Los foros de discusión son espacios de expresión en donde una persona empieza proponiendo un tema de reflexión (usualmente el facilitador del aprendizaje), y con base en ese tema, cada participante (usualmente cada alumno) aporta algún comentario. Los foros de discusión se alimentan de ideas y comentarios que pueden ser escritos o leídos a cualquier hora, por eso se dice que los foros son un medio de comunicación fuera-de-línea (a veces también les llaman asíncronos).

Cuando utilices los foros, ten en cuenta las siguientes recomendaciones: 1. Antes de escribir tu comentario, lee la aportación de los demás, y si crees necesario, escribe una respuesta en el comentario de los demás.

2. Por favor, no escribas comentarios que sean o contengan insultos, cualquier forma de racismo, denigración, acoso, violencia, o cualquier comentario que tienda a hacer sentir mal a alguien.

3. No pongas anuncios.

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4. Si vas a enviar algún mensaje personal a alguien, no utilices el foro para hacerlo, recuerda que esta herramienta la utilizamos todos. Para eso utiliza mejor el correo electrónico.

5. No hagas “copiar y pegar” citas de internet o de cualquier otra fuente, sin agregar tu propio comentario, para que todos tengamos una perspectiva adecuada al leer esa cita.

6.Sé cortes y respetuoso al escribir.

7. NO ESCRIBAS TODO EN MAYÚSCULAS. Además de que es más complicado leer un texto con todas las letras mayúsculas, el uso de las mayúsculas hace entender de que te encuentras enojado y estás gritando.

8. Si utilizas el foro para hacer una pregunta, trata de que tu pregunta sea inteligente, para que tengas más probabilidades de que te contesten. Si quieres saber las características de una pregunta inteligente, te recomiendo que visites este enlace: http: //www.sindominio.net/ayuda/preguntas-inteligentes.html .

9.Finalmente, antes de participar, infórmate bien del tema.

Norma de conducta de nuestras pláticas en línea Las pláticas en línea nos ayudarán a tener comunicación al mismo tiempo, así no tendrás que esperar por una respuesta a tu duda, al menos esperarás mucho menos. Así como en los foros, también necesitaremos una norma de conducta en las salas de pláticas en línea.

1) Observa las normas de conducta de los foros de discusión.

2)No escribas en mayúsculas ni con colores, en general causa molestia y dificultad leer palabras en diferentes colores.

3) No escribas ofensas, groserías, o cualquier cosa que atente contra las buenas maneras.

4) No hagas flood o spam. El flood es inundar el espacio con el mismo mensaje, con el fin de insistir en que te contesten. Por otro lado, el spam en el chat es cuando haces anuncios que no vienen al caso ya sea porque esta fuera de contexto o porque no es el momento apropiado.

5) Has preguntas inteligentes (revisa la norma de conducta 8 en foros, para mayor información acerca de qué es una pregunta inteligente).

Glosario de términos Almacenamiento Virtual: Es una técnica que simula mas memoria que la que realmente existe y permita a la computadora ejecutar varios programas simultáneamente, sin importar su tamaño.

Archivo: Son un conjunto de registros lógicos.

Base De Datos: Es un almacenamiento colectivo de las bibliotecas de datos que son requeridas y organizaciones para cubrir sus requisitos de procesos y recuperación de información.

Basic: ( BIGINNERS ALL PURPUS SIMBOLIC INSTRUTION CODE ), Lenguaje de instrucciones simbólicas de propósito general para principiantes, esta disponible en modo compilador e interprete, siendo este último el mas popular para el usuario circunstancial y para el programador principiante.

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Bit (dígito binario) un dígito simple de un numero binario (1 ó 0) .

Buffers: Memoria intermedia, una porción reservada de la memoria, que se utiliza para almacenar datos mientras son procesados.

Byte: Grupo de bits adyacentes operados como una unidad, ( grupos de 8 bits ).

Código Fuente: Programa en su forma original, tal y como fue escrito por el programador, el código fuente no es ejecutable directamente por el computador, debe convertirse en lenguaje de maquina mediante compiladores, ensambladores o interpretes.

Código Máquina: para que se pueda ejecutar un programa, debe estar en lenguaje de maquina de la computadora que lo esta ejecutando.

Campo: Es el espacio en la memoria que sirve para almacenar temporalmente un dato durante el proceso, Su contenido varia durante la ejecución del programa.

Campo Alfanumérico: el que puede almacenar cualquier carácter ( dígito, letra, símbolo especial ).

Campo Numérico: el que solo puede almacenar valores ( dígitos ).

Chip: Un circuito integrado (CI), es una pastilla pequeña de silicio, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos eléctricos con base a dispositivos constituidos por semiconductores y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

Compilador: Programa de computadora que produce un programa en lenguaje de maquina, de un programa fuente que generalmente esta escrito por el programador en un lenguaje de alto nivel.

Constante: Valor o conjunto de caracteres que permanecen invariables durante la ejecución del programa.

Cpu: La unidad central de procesamiento, o CPU (por el acrónimo en inglés Central Processing Unit), o, simplemente, el procesador, es el componente en una computadora digital que interpreta las instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas de la computadora.

Dato: El termino que usamos para describir las señales con las cuales trabaja la computadora es dato; Aunque las palabras dato e información muchas veces son usada indistintamente, si existe una diferencia importante entre ellas. En un sentido estricto, los datos son las señales individuales en bruto y sin ningún significado que manipulan las computadoras para producir información.

Depurador ( Debugger ): Es un programa que asiste en la depuración de un programa.

Diagrama De Flujo: Es la representación gráfica de una secuencia de instrucciones de un programa que ejecuta un computador para obtener un resultado determinado.

Editor: Es un software empleado para crear y manipular archivos de texto, tales como programas en lenguaje fuente, lista de nombres y direcciones.

Emulador: es un dispositivo que se construye para trabajar como otro.

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Función: En programación, una rutina que hace una tarea particular. Cuando el programa pasa el control a una función, ésta realiza la tarea y devuelve el control a la instrucción siguiente a la que llamo.

Hardware: Es la parte tangible del computador.

Información: Es lo que se obtiene del procesamiento de datos, es el resultado final.

Instrucción, Sentencia: Conjunto de caracteres que se utilizan para dirigir un sistema de procesamiento de datos en la ejecución de una operación .

Interfaz: Una conexión e interacción entre hardware, software y usuario, es decir como la plataforma o medio de comunicación entre usuario o programa.

Intérprete: Dispositivo o programa que recibe una por una las sentencias de un programa fuente, la analiza y la convierte en lenguaje de maquina si no hay errores en ella. También se puede producir el listado de las instrucciones del programa.

Lógica: Es una secuencia de operaciones realizadas por el hardware o por el software.

Lógica Del Hardware: Son los circuitos y Chips que realizan las operaciones de control de la computadora.

Lógica Del Software, Lógica Del Programa: Es la secuencia de instrucciones en un programa.

Memoria RAM: ( RANDOM ACCESS MEMORY ), memoria de acceso aleatorio cuyo contenido permanecerá presente mientras el computador permanezca encendido Memoria ROM: Memoria de solo lectura. Chip de memoria que solo almacena permanentemente instrucciones y datos de los fabricantes.

Modulo Objeto: Es la salida directa de un ensamblador ó un compilador.

Mouse: El ratón o mouse (del inglés, pronunciado [maʊs]) es un dispositivo apuntador, generalmente fabricado en plástico. Se utiliza con una de las manos del usuario y detecta su movimiento relativo en dos dimensiones por la superficie plana en la que se apoya, reflejándose habitualmente a través de un puntero o flecha en el monitor.

Periféricos: cualquier dispositivo de hardware conectado a una computadora.

Pila: Es el conjunto de registros de hardware ó cantidad reservada de memoria principal que se usa para cálculos aritméticos o para el seguimiento de las operaciones internas. Las pilas se usan para realizar el seguimiento de la secuencia de rutinas que se llamen en un programa.

Programa: Es una colección de instrucciones que indican a la computadora que debe hacer. Un programa se denomina software, por lo tanto , programa, software e instrucción son sinónimos.

Programa Ejecutable: Los archivos de programa a menudo se denominan programas ejecutables, puesto que, al teclear su nombre ó al hacer clic sobre el icono que le corresponda en un entorno gráfico, logra que la computadora cargue y corra, o ejecute las instrucciones del archivo.

Programa Ensamblador: Es un programa de computador preparado por un programador que toma las instrucciones que no estén en lenguaje de maquina y las convierte en una forma que puede ser usada por el computador.

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Programa Fuente: Instrucción escrita por el programador en un lenguaje de programación para plantear al computador el proceso que debe ejecutar.

Programa Objeto: Instrucciones en lenguaje maquina producida por el computador.

Programador: Un individuo que diseña la lógica y escribe las líneas de código de un programa de computadora.

Programador De Aplicaciones: Individuo que escribe programas de aplicación en una organización usuaria. La mayoría de los programadores son programadores de aplicación.

Programador De Sistemas: En el departamento de procesamiento de datos de una gran organización, técnico experto en parte o en la totalidad de software de sistema de computadora, tal como el sistema operativo, el programa de control de red y el sistema de administración de base de datos. Los programadores de sistemas son responsables del rendimiento eficiente de los sistemas de computación.

Pseudocódigo: Herramienta de análisis de programación. Versiones falsificadas y abreviadas de las actuales instrucciones de computadora que son escritas en lenguaje ordinario natural.

Registro: Es un grupo de campos relacionados que se usan para almacenar datos acerca de un tema ( registro maestro ) ó actividad ( registro de transacción ).

Rutina: Es el conjunto de instrucciones dentro del mismo programa, que se puede llamar a ejecución desde diferentes partes del mismo programa. Véase subrutina.

Software: Conjunto de programas, documentos, procesamientos y rutinas asociadas con la operación de un sistema de computadoras, es decir, la parte intangible de computador.

Subrutina: Programa ( conjunto de instrucciones ), que desde otro programa se pueden llamar a ejecución ó bien se puede, decir grupo de instrucciones que realizan una función especifica, tal como una función o marco. Una subrutina grande se denomina usualmente Módulo o Procedimiento, pero todos los términos se utilizan de manera alternativa.

Terabyte: Un terabyte es una unidad de medida de almacenamiento de datos cuyo símbolo es TB y puede equivaler a 1024 GB. Teraflops: En informática, FLOPS es el acrónimo de Floating point Operations Per Second (operaciones en coma flotante por segundo). Se usa como una medida del rendimiento de una computadora. Equivale 1012 flops Transistor: El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los artefactos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, etc.

Tubo De Vacío: Son los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en una configuración conocida como diodo. Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el ánodo. Si las paredes internas de vidrio detrás del ánodo están cubiertas con un material fosforescente, Los rayos viajan hacia el ánodo en línea recta, y continúan más allá de él durante una cierta distancia.

Usuario: Cualquier individuo que interactúa con la computadora a nivel de aplicación. Los programadores, operadores y otro personal técnico no son considerados usuarios cuando trabajan con la computadora a nivel profesional.

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Variable: En programación es una estructura que contiene datos y recibe un nombre único dado por el programador, mantiene los datos asignados a ella hasta que un nuevo valor se le asigne o hasta que el programa termine.

Nota

El presente glosario fue desarrollado con el propósito de que sirviera de apoyo al los estudiantes del área de la computación y de otras áreas que utilicen la computación e informática como herramienta.

Bibliografía 1. Brookshear, G. Introducción a las ciencias de la computación. Addison Wesley.

2. Caballar, J.A. Software y Hardware de su PC. Alfaomega Grupo Editor.

3. Forousan, B.A. Introducción a la ciencia de la computación. Paraninfo.

4. Frutos-Rayero, F. and Criado-Pérez, A.M. Introducción a los fundamentos físicos de la información. Thomson Brooks/Cole.

5. Mora, J.L. and Molina, E. Introducción a la informática. Trillas.

Bibliografía de consulta 1. Cairó, O. Metodología de la Programación –Algoritmos, Diagramas de Flujo Y Programas. Alfaomega Grupo Editor, México, 2003.

2. Duffy, T. Introduccion a la Informatica. Iberoamericana.

3. Forouzan, B.A. Introducción a la Ciencia de la Computación. 2004.

4. Levine, G. Computación Y Programación Moderna. Pearson, 2000.

5.

Long, L. Introduccion a la Informacion. Prentice Hall.

Informatica

Y

Al

Procesamiento

de

la

6. Norton, P. Introducción a la Computación. Mc Graw Hill.

7. Pelaes, C. and Viso, E. Introduccion a las Ciencias de la Computación, Manual de Practicas. la Presa de la Ciencia.

8. Presser, L. Ciencias de la Computación 2 Tecnología de Sistemas. Limusa S.A. de C.V., Editorial, 2002.

9. Presser, L. Ciencias de la Computación 1 Tecnología de Sistemas. Limusa S.A. de C.V., Editorial, 2002.

10. Sanz Y Torres, S.L. Problema de Estructuras y Tecnologías de Computadoras.

2002.

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Introducción a las Ciencias Computacionales Fundamentos históricos y culturales Objetivo

Conocer, entender y comprender los fundamentos históricos de la computación y la programación, para encuadrar el conocimiento y hacer conciencia del impacto social que esta área de conocimiento puede tener.

Materiales necesarios

No se requiere ninguno adicional a los ya descritos anteriormente.

La era de la información La evolución de las computadoras Desde los inicios de la historia de la humanidad, muchas personas han intentado construir mecanismos que sean capaces de hacer cálculos.

Figura 1.Ábaco antigüo, utilizado por los griegos. (Fuente: http: //www.mlahanas.de/Greeks/Kythera.htm)

•

Ábaco (~500 A.C): Quizá fué el primer dispositivo mecánico que se utilizó para hacer cálculos numéricos.

•

Regla de cálculo (1625 D.C.): Inventada por John Napier, aunque aún hay discusiones sobre quén fué su inventor. La regla de cálculo fué una herramienta de cálculo sumamente

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útil, pues se utilizó hasta fines de 1960. Utilizaba las distancias físicas para multiplicar y restar.

Figura 2: Regla de cálculo. A la izquierda, un ejemplar como el que inventó Napier. A la derecha uno más moderno de la década de 1960

•

Pascalina (1642): Blas Pascal, cuando tenía 19 años de edad, construyó este dispositivo mecánico, compuesto de engranes, para ayudar a su padre que trabajaba como cobrador de impuestos. La pascalina solamente podía sumar.

Figura 3. Izquierda, Blaise Pascal. Derecha, Pascalina, construida en 1642

•

Charles Babbage (1822): Ch. Babbage diseñó una máquina que funcionaba con vapor y que llamó motor de diferencias, esta máquina era del tamaño de un cuarto y era capaz de calcular las tablas de multiplicar y las tablas de logaritmos.

Figura 4. (Izquierda) Charles Babbage. (Derecha) Máquina diferencial, construida por Charles Babbage en la década de 1820

•

La ABC (1937): En 1847 George Bool desarrolló el álgebra bivalente, ahora conocida como algebra booleana, y es la base matemática en la que residen todos los cálculos que hacen las

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computadoras modernas, la primer computadora que utilizó este sistema se construyó en 1937, se llamó ABC, que son las iniciales de Atanasoff-Berry-Computer.

Figura 5. Izquierda. John Vincent Atanasoff y Clifford Eduard Berry. Derecha, una reconstrucción de la computadora ABC, hecha por Vincent Atanasoff y Clifford Berry en 1937

Las primeras computadoras electrónicas se construyeron entre las décadas de 1920 y 1930, lo que marcó la era de las computadoras electrónicas.

Las computadoras que se construyeron con componentes electrónicos han cambiado de acuerdo a la tecnología electrónica de sus componentes, esta es la primera clasificación de los tipos de computadoras, cada clase se le conoce como generación.

Primera generación de computadoras

La primera generación de computadoras electrónicas ocurrió a partir de 1945 y duró aproximadamente hasta 1956. Una de las primeras computadoras que se construyeron fue la llamada ENIAC (Electronic Numeric Integrator And Calculator), construida en 1945 por la Universidad de Pensilvania, en los Estados Unidos de América, y el propósito para su construcción fue realizar cálculos con fines bélicos, durante la segunda guerra mundial. Las computadoras de la primera generación se caracterizaron por tener varios problemas en común. Todos estos problemas tienen que ver con: •Tamaño: Las computadoras de la primera generación eran enormes. La ENIAC pesaba 30 toneladas y se requería todo un edificio para alojarla. Tenía 18,000 bulbos, 70,000 resistencias y 5,000,000 soldaduras.

Figura 6. Tubos de vacío, también conocidos como bulbos. Estos fueron los principales componentes de las computadoras de la década de 1950.

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•Precio:

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Las computadoras de esta generación costaban tanto dinero que casi nadie podía comprarlas, solamente las mas grandes instituciones gubernamentales y unas pocas universidades, pues el costo estaba en el orden de los millones de dolares.

•Consumo de energía: Esta clase de computadoras gastaba muchísima energía eléctrica, al rededor de 200 KW/h, de modo que cuando la ENIAC funcionaba, toda la ciudad de Philadelphia se enteraba, porque bajaba la corriente eléctrica.

•Poca confiabilidad: Esto de debió principalmente a que los componentes electrónicos con los que estaban construídas estas computadoras, fallaban en promedio cada 7 minutos y medio, lo que obligaba a reiniciar los cálculos en cada evento de esta naturaleza. En ocasiones la computadora arrojaba resultados diferentes en cada corrida, dependiendo de qué bulbo (o componente) estaba dañado.

Figura 7: John von Neumann a un lado de una computadora ENIAC, construida por John Presper Eckert y John William Mauchly en las décadad de 1930 y principios de 1940.

En 1946, John von Neumann, quien fué pionero en las ciencias computacionales, estudió e hizo significativos aportes al desarrollo del software, de hecho, fué von Neumann quien inventó los diagramas de flujo. Las principales líneas de investigación en la teoría de la programación fueron: •Las instrucciones y los datos se almacenan en un lugar específico en la computadora, la memoria de lectura y escritura.

•El espacio en memoria era perfectamente distinguible por localidades únicas, nombradas por medio de una dirección.

•Los programas se ejecutaban en forma secuencial, y a su vez, las instrucciones de los programas también se hacían en forma secuencial.

Siguientes generaciones de computadoras

La segunda generación de computadoras empezó en 1958, cuando la compañía BELL AT&T desarrolló el transistor. Los transistores eran más rápidos, más baratos, consumian menos energía eléctrica y como consecuencia eran más confiables que los bulbos, que eran los componentes principales de las computadoras de la primera generación.

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Figura 8: La PDP-1 promedio tenía un tubo de rayos catódicos como monitor, no necesitaba de aire acondicionado ni más de un operador. Su amplia pantalla indujo a que los hackers en el MIT escribieran el primero juego de video: SpaceWar!. Los creadores de este programa lo usaron después para hacer demostraciones en las 50 computadoras PDP-1 que se construyeron. (Fuente: http: // sepacomputo.unam.mx/es/historia-del-computo-materiales-74/49-computadoras/97-1960-pdp-1)

La tercera generación empezó con la invención del circuito integrado. Los circuitos integrados (CI’s) agrupaban todos los componentes escenciales de la computadora dentro de una unidad encapsulada.

Esto hizo que se eliminaran las conexiones por cableado entre los componentes, lo que a su vez derivó en menos consumo de energía y redundó en mayor confiabilidad.

La memoria de la computadora fué de los componentes que se vieron más beneficiados, porque ahora es posible disponer de mayor capacidad de almacenamiento que nunca antes.

Figura 9: La computadora IBM 360 fue distribuida a mediados de 1960. Fué la primera computadora que utilizó la palabra byte para referirse a una palabra de 8 unos o ceros (bits). En adelante se siguió utilizando esta arquitectura que duró por muchos años más. (Fuente: http: //www.uh.edu)

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Figura 10: La computadora Apple 1 de 1976, fué una de las primeras computadoras de la cuarta generación, se vendió como un kit de óhágalo usted mismoó en unos $ 600.0 USD.

La cuarta generación de computadoras empezó a mediados de la década de 1970, cuando las primeras microcomputadoras ya estaban disponibles en el mercado. Notemos que hasta la tercera generación, las clases de computadoras estaban diferenciadas principalmente por la tecnología de sus componentes, a partir de la cuarta generación, la clasificación se volvió más ambigüa, debido a que ahora un aspecto importante era la funcionalidad y el desempeño.

El precio de las computadoras personales (PC’s), que son miles de veces más poderosas que la ENIAC, es mucho menor. Los avances tecnológicos, como el desarrollo de los CI’s y tecnología de superconductores hicieron posible que el costo de producción disminuyera significativamente, y con esto, el costo de venta para los usuarios finales.

Ahora ya hemos alcanzado la quinta generación de computadoras con la característica de cómputo empotrado, cómputo masivo en paralelo, cómputo vestible, cómputo molecular y la inteligencia artificial. En la actualidad hay computadoras hechas de moléculas de ADN, aunque su funcionalidad aún no es de propósito general, se están logrando significativos avances en este aspecto.

Hemos de notar que el cambio de generación estubo en función del tamaño de sus componentes principales, empezando con los de mayor tamaño hasta aquellas computadoras con microcomponentes.

Esto hace que dispositivos actuales como el iPod pertenezcan a esta quinta generación de computadoras.

Resultado de aprendizaje

Después de haber estudiado esta sección, te habrás dado cuenta de que la tecnología ha aumentado a gran velocidad, el aumento de la tecnología ha permitido que el poder de cómputo también halla aumentado vertiginosamente, contrario a lo que sucede con el precio y con el tamaño de las nuevas computadoras.

Debido a que las computadoras son utilizadas por un número de personas cada vez mayor, y la reducción de costos de manufactura, el precio de las computadoras personales ha disminuído, de tal forma que en la actualidad aproximadamente el 18% de la población (en México) ya cuenta con una computadora (INEGI, 2009).

Horas asignadas para la elaboracion de las actividades

Estimamos que el alumno dedique por lo menos 4 horas a realizar las actividades de aprendizaje.

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Referencias del capítulo 1. Feigenbaum, E. and McCorduck, P. The fifth generation: Japan's computer challenge to the world. The fifth generation: Japan's computer challenge to the world. CREATIVE COMPUTING VOL. 10, NO. 8 / AUGUST 1984 / PAGE 103., 2009. http: //www.atarimagazines.com/creative/ v10n8/103_The_fifth_generation_Jap.php.

2. Nielsen, J. Fifth Generation Computing Conference Report. International Conference on Fifth Generation Computer Systems. Tokyo, Japan, 28 November - 2 December 1988 , 2009. http: //www.useit.com/papers/ tripreports/fifthgeneration.html.

3.

Old-Computer-Museum. Old Computer Museum. http: //www.oldcomputermuseum.com/.

Old

Computer

Museum,

2009.

4. Pierce, P.R. IBM 5100 Portable Computer. IBM 5100 Portable Computer, 2009. http: //www.piercefuller.com/library/10072.html.

5. Poulsen, L. Computer History: IBM 360/370/3090/390. IBM 360/370/3090/390, 2009. http: //www.beagle-ears.com/lars/engineer/comphist/ibm360.htm.

actividades de aprendizaje 1. Elabore un ensayo sobre la historia de los lenguajes de programación, considerando de manera particular las fechas de los eventos más importantes y los personajes más representativos.

2. Elabore una línea de tiempo donde se conjunten lso principales eventos de la historia de las computadoras y de la historia de los lenguajes de programación.

3. Agregue a la línea del tiempo del ejercicio anterior, algunos de los eventos más sobresalientes en la historia universal.

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Características y funciones básicas de las computadoras Entrada, Proceso y Salida

En el principio de la era de la computación, el término computar significaba calcular, hacer cálculos numéricos. Sin embargo, actualmente este concepto ha ampliado su definición, abarcando ahora muchas otras actividades, además de hacer calculos matemáticos.

El término computar ahora significa, tomar datos, hacer un proceso con ellos y obtener como resultado información.

Entrada

PROCESO

Salida

Retroalimencación Figura 11. Diagrama de un sistema computacional.

Para entender esto de los datos y la información, consideremos por ejemplo, el número 42, este número por sí mismo no dice mucho, pero cuando un programa arroja este resultado, al hacer una consulta acerca de la temperatura corporal actual de un paciente, entonces ya se convierte en información, que implicará hacer las acciones que sean pertinentes para este caso.

La naturaleza de las computadoras es hacer cálculos. Las computadoras son muy buenas en hacer tareas repetitivas, aburridas y tareas que las personas son propensas a cometer errores. Estas tareas son por lo general las sumas, comparaciones, búsquedas y cálculos de muchas áreas del conocimiento humano.

Casi el único modo en que las computadoras puedan fallar en hacer los cálculos, es que exista un defecto en los componentes con los que está construido, claro, suponiendo que el razonamiento con que se hicieron los cálculos es correcto, porque las computadoras no se cansan ni se aburren en hacer esas tareas. Hay varios factores que pueden incidir en las fallas de los componentes electrónicos, los más frecuentes son los excesos de temperatura permitida, ya sea en frío o calor.

Los programas también pueden fallar, en ocasiones porque no se tiene cuidado en el diseño o a la hora de escribir los programas.

A partir de la década de 1930, se hicieron muchas especulaciones acerca de la similitud de la computadora con el cerebro humano. No era para menos, pues la computadora podía responder con mucha precisión a preguntas relacionadas con cálculos; cosa que a las personas les costaba más trabajo.

Esto hizo pensar a algunas otras personas que la computadora era capaz de pensar y razonar como un humano. Este fué el inicio de lo que ahora conocemos como Inteligencia Artificial.

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Figura 12. Alan M. Turing propuso lo que conocemos como la óprueba de Turingó, en la cual se determinaba si la computadora era capaz de confundirse con un ser humano.

Alan M. Turing, matemático inglés, propuso una prueba, conocida ahora como Prueba de Turing, en la que se podría determinar, si una computadora podía razonar como lo hace una persona normal y tener inteligencia como una persona. Aunque esta prueba no estaba basada en formalismos (pero muchos otros estudios de Alan Turing sí), si había confianza en el resultado. Un formalismo es una expresión creada a partir de expresiones más simples que son derivadas (o formadas) a partir de un conjunto de reglas previamente establecidas. Estas reglas se conocen como axiomas. de modo que un formalismo expresa un aspecto de la realidad modelada por los axiomas.

La prueba de Turing se trataba de hacer un diálogo entre una computadora y una persona, pero la persona no debería saber con quien estaba dialogando. Si la persona era capaz de reconocer que su interlocutor no era una persona, entonces la computadora no pasaría la prueba; al contrario, si la persona no podía reconocer que se trataba de algo (no de alguien), entonces la computadora tendría el reconocimiento de tener inteligencia como la humana.

Hasta ahora, ninguna computadora ha sido capaz de vencer en la prueba de Turing, aunque los avances en este sentido han sido asombrosos. Por ejemplo, se ha dado el caso de que una computadora ha vencido en el juego del ajedrez a campeones mundiales de la especialidad, hay computadoras que hacen diagnóstico médicos, cirugías, evaluaciones y tomas de decisiones. Pero aunque estas tareas resulten asombrosas para las computadoras, hay aún cosas humanas que no pueden hacer, como desarrollar tareas impredecibles, como responder a preguntas que jamás antes habían conocido.

Las computadoras están compuestas, de manera muy general, en software y hardware. Sin el software o sin el hardware, las computadoras sirven de muy poco, y de nada para lo que originalmente fueron concevidas.

El software

El software de la comptuadora son los programas (las instrucciones) de la computadora, es decir, son los conjuntos de instrucciones que deben seguir de manera ordenada para llevar a cabo la tarea para la cual han sido programadas.

Las personas que se relacionan con el software de las computadoras, normalmente caen en una de dos clases, o son programadores o son usuarios de programas. Los programadores son las personas que hacen los programas, implícitamente también son usuarios de programas, por otro lado, los usuarios se limitan a usar los programas hechos por los programadores.

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Las personas que se dedican a las ciencias computacionales, tienen que ver la computación como un objeto de estudio.

Ya sea como programador o como usuario, los computólogos deben proponer nuevas y mejores maneras de hacer las computaciones, en cualquiera que sea el objeto del cómputo. En ocasiones se debe garantizar que un procedimiento es posible realizarlo con la computadora y desde otro punto de vista, explicar porqué tal o cual procedimiento es imposible hacerlo en una computadora, esto es la computabilidad.

El hardware

Conocemos como hardware a lo que es tangible en la computadora, como el monitor, todos los circuitos electrónicos, mecánicos o eléctricos; los componentes de plástico o cualquier otro material.

En general, el hardware de la computadora se puede dividir en tres partes: 1) El hardware de entrada: Son aquellos dispositivos que sirven para meter datos a la computadora. Debido a que muchos dispositivos utilizados en torno a la computadora, y dentro de la misma computadora, son creados en los Estados Unidos de Norteamérica, es frecuente llamarlos por su nombre en inglés, y de acuerdo con el diccionario panhispánico de dudas, es correcto utilizar sus nombres en inglés, aunque se prefiere el uso de sus nombres en español siempre que exista una forma adaptada adecuada. El caso particular del mouse (ratón), es un dispositivo que originalmente se llamaba “Indicador de posición X-Y para un sistema con pantalla”, pero los creadores del dispositivo le encontraron parecido a un ratón y así lo llamaban entonces.

Figura 13. Principales dispositivos de entrada. de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo: Teclado, cámara web, ratón, track ball, scanner, micrófono.

2) El hardware de procesamiento central: Son aquellos componentes que sirven para procesar los datos, ya sean numéricos, alfanuméricos, visuales, textuales o de cualquier otra clase. En este tipo de hardware se encuentra precisamente la CPU (Unidad Central de Procesamiento, por sus siglas en inglés), que es un empaquetado de circuitos integrados de tamaño microscópico que sirve para procesar una a una, todas las instrucciones de un programa. En las computadoras actuales, existen algunas variaciones de CPU´s, por ejemplo la GPU (Unidad de Procesamiento de Gráficas, por sus siglas en Inglés), que se dedica a ejecutar instrucciones que tienen que ver con el procesamiento de gráficas.

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Figura 14. Unidad Central de Procesamiento Multi Núcleo.

3) El hardware de salida: Son los elementos constituyentes de la computadora que sirven para recibir información de ella. En general se trata de dispositivos electrónicos o electromecánicos que se conectan a una computadora, alámbrica o inalámbricamente y reciben información de la computadora y generan acciones que son interpretadas por los usuarios. En ocasiones los usuarios pueden ser otras computadoras.

Figura 15. Principales dsipositivos de hardware de salida. de izquierda a derecha: Impresora, monitor y audífonos (bocinas).

4) El hardware de entrada/salida. Son los dispositivos que se pueden conectar a la computadora y que permiten enviar datos a la computadora (entrada) y así mismo, recibir datos de la computadora (salida).

Referencias del capítulo 1.

de las Fuentes, A. El Ratón Cumple 30 Años SOR151. Su Ordenador.

INFORMATICA. 20 de diciembre de 1998, 2009. http: //www.elmundo.es/suordenador/SORnumeros/98/SOR151/SOR151raton.html.

2. Lenoir, T. Final Report on Sloan Project MouseSite. Final Report Sloan Project MouseSit, 2009. http: //www.stanford.edu/dept/HPS/ sloanconference/MouseFinalReport.html.

3. Los Alamos National Laboratory. Los Alamos National Laboratory (LANL): Roadrunner supercomputer puts research at a new scale. Roadrunner supercomputer puts research at a new scale, 2009. http: //www.lanl.gov/ news/index.php/fuseaction/home.story/story_id/13602.

4. Pressman, R.S. Ingeniería del Software, un enfoque Práctico.

Ed., 2003.

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Mc Graw Hill

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5. Turing, A.M. COMPUTING MACHINERY AND INTELLIGENCE. Computing Machinery and Intelligence (HTML version), 1950. http: //cogprints.org/499/0/ turing.html.

6. What´s a Byte. Megabytes, Gigabytes, Terabytes - What Are They? Megabytes, Gigabytes, Terabytesé What Are They?, 2009. http: //www.whatsabyte.com/.

Actividades de aprendizaje 1. Revisa una computadora y anota lo siguiente: a) Marca b) Modelo c) Dispositivos de entrada, d) Dispositivos de salida. e) Dispositivos de entrada/salida.

2. Averigua cuál es es sistema operativo utilizado por la computadora que utilizas y anota lo siguiente: a) Fabricante b) Modelo c) Versión 3. Averigua sobre la CPU de la computadora lo siguiente: a) Número de núcleos b) Frecuencia del reloj interno (acuerdate que se mide en Hz) c) Velocidad de procesamiento (acuerdate que se mide en FLOPS)

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Tipos de computadoras Categorías de acuerdo a su tamaño y poder de cómputo

En general, podemos distinguir las computadoras en 5 categorías. Estas categorías se han establecido para dar una idea general del poder de cómputo que está implícito al nombrar el tipo de computadora.

Actualmente el tamaño de las computadoras ya no está directamente relacionado con el poder de cómputo, puesto que la tecnología actual ha permitido disminuir el tamaño de los componentes y aumentar el poder de cómputo. Sin embargo, por razones históricas podemos recordar esta clasificación.

• Supercomputadoras. Las supercomputadoras normalmente son aquellas que son cientos de veces

más rápidas que cualquier computadora de escritorio. Las supercomputadoras normalmente están en cuartos muy fríos y se deben enfriar con líquios especiales para que la resistencia eléctrica sea mínima y garantice la máxima velocidad. El software que se corre en las supercomputadoras normalmente es un software especializado, como la predicción del clima, la dinámica molecular (como el caso de la Roadrunner de IBM que se muestra en la figura). de modo que la principal característica de las supercomputadoras es su velocidad de proceso, y no el número de procesos que puedan ejecutar al mismo tiempo.

Figura 16. La supercomputadora llamada Roadrunner es capaz de hacer 1000 trillones de cálculos por segundo. Su poder de cómputo es equivalente al poder de cómputo de 100,000 computadoras portátiles poderosasa actuales.

• Mainframe. El significado del término mainframe dentro de la computación, ha cambiado varias

veces. Al principio, mainframe era un término con el que se designaba a las computadoras que se alojaban en cuartos enormes, luego se utilizó para distinguir las máquinas que compartían los recursos con muchas computadoras de menos poder de cómputo. Ahora, el término se refiere usualmente a las computadoras compatibles con el sistema IBM 360. Otras computadoras con las mismas capacidades se suelen llamar servidores. En general, nosotros entenderemos como mainframe, una computadora que es capaz de compartir los recursos con muchas otras computadoras de menor capacidad. Los mainframes se utilizan en universidades, bancos, etc.

Una computadora mainframe acepta entradas de otras terminales, u otros mainframes. Una terminal es una computadora con muy poco poder de cómputo que requiere de los servicios que presta un mainframe, usualmente se les conoce como terminales tontas.

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Figura 17. Mainframe antigüa con el sistema IBM 360

• Computadoras personales. Son pequeñas y baratas. Generalmente solamente tienen un

procesador, aunque ahora se está volviendo común tener computadoras personales con más de un procesador. Al principio se les conocía como microcomputadoras, porque eran computadoras completas construidas a pequeña escala y que fueron adquiridas por la mayoría de los negocios.

Las computadoras personales pueden ejecutar una amplia gama de aplicaciones de propósito general, como procesadores de texto, hojas de cálculo, presentadores de transparencias, manejadores de bases de datos, entre otros. También se conocen como terminales, o estaciones de trabajo. Pueden caber perfectamente en un escritorio, en conjunto con un monitor, un ratón y un teclado. La mayoría de los negocios hacen redes interconectando varias estaciones de trabajo.

Figura 18. Computadoras personales. Actualmente ya tienen mucho poder de cómputo, son relativamente baratas y corren una amplia gama de aplicaciones.

• Servidores de redes. Son similares a las PCs pero mucho más poderosas. Los servidores manejan

la seguridad de la red, archivos compartidos e impresoras compartidas. Un servidor es una computadora optimizada para proporcionar servicios a otras computadoras en una red de computadoras. Los servidores generalmente tienen procesadores poderosos y mucha memoria y discos duros de enorme capacidad de almacenamiento de información.

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Figura 19. Servidor de red.

Computadoras portátiles

En la actualidad se están haciendo computadoras cada vez más pequeñas, y con mayor capacidad de procesamiento y de almacenamiento de datos. Las computadoras actuales son tan pequeñas y livianas que puedan ser trasladadas de un lado a otro con un mínimo esfuerzo. Las computadoras portátiles suelen ser parte del equipaje cuando las personas salen de viaje. Podemos distinguir algunos tipos: Tipo cuaderno. También se les conoce por notebooks o laptops, son computadoras personales un poco más caras que las computadoras personales de escritorio, porque la tecnología que se requiere para fabricarlas debe de caber en menos espacio y tener el mismo poder de cómputo y almacenamiento. La ventaja de una laptop sobre una computadora de escritorio es que es completamente portátil. Las energia principal la proporciona una bateria, que debe de ser recargada en pocas horas, frecuentemente 2 a 4 horas.

Figura 20. Las computadoras portátiles son cada vez más poderosas, livianas y pequeñas.

PDAs. Los PDAs (Asistentes digitales personales) Son equipos de cómputo con generalmente poco poder de cómputo, pero esto mejora a pasos agigantados. Frecuentemente son utilizados como asistentes personales, y las aplicaciones que corren son teléfono móvil, agendas, editores de planes de trabajo, listas de cosas por hacer, juegos, etc. Caben en la palma de una mano, generalmente PÁGINA 25 DE 35

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tienen una pantalla sensible al tacto para evitar el teclado. Utilizan una tecnología de reconocimiento de patrones que les permite saber qué símbolo se dibuja con el lápiz sobre la pantalla.

En la actualidad, los PDAs se fabrican con pantallas sensibles al tacto, de modo que se puedan utilizar los dedos para seleccionar elementos dibujados en la pantalla. Aún otra característica importante es un sensor de movimiento, originalmente creado para establecer acciones de seguridad en casos de accidentes, ya que como son dispositivos que se manejan en la palma de la mano, es probable que el usuario suelte el dispositivo y éste caiga al piso. Para evitar pérdidas de información, se colocó este sensor de cambio de posición brusca, y cuando se activa, se corre un programa interno que permite guardar toda la información posible en fracciones de segundo, evitando así un daño en la información.

Figura 21. Las computadoras que caben en la palma de una mano se llaman PDA (del ingés Personal Digital Assistent o Asistente Digital Personal). El poder de cómputo de las PDAs ha aumentado enormemente en los últimos años.

Computadoras vestibles. La computación vestible aún se encuentra en desarrollo, pero se pretende crear computadoras tan pequeñas que se puedan incorporar en la vestimenta del usuario. Esto significaría una mejor conexión con el entorno. Por ejemplo, se podría detectar la identidad de un empleado y habilitar su entrada o negar el acceso sin tener que portar una credencial o detenerse a firmar; y muchas otras aplicaciones más.

Figura 22. Las computadoras vestibles están en pleno desarrollo. En un futuro cercano se podrán utilizar como ahora se utilizan los teléfonos celulares.

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Referencias del capítulo 1. IBM - Mainframe IBM - Mexico. Mainframe IBM, 2009. http: //www.ibm.com/mx/ systems/z/index.phtml.

2. masadelante.com. ¿Que es un PDA? - Definición y explicación del término PDA. ¿Qué es un PDA? Definición de PDA, 2009. http: // www.masadelante.com/faq-que-es-un-pda.htm.

3.

Polson, K. Chronology of Personal Computers. Chronology of Computers, 2009. http: //www.islandnet.com/~kpolsson/comphist/.

4.

Top500.org. Home | TOP500 Supercomputing Sites, 2009. http: //www.top500.org/.

Sites.

TOP500

Personal

Supercomputing

Actividades de aprendizaje 1) Visita una tienda de venta de computadoras y averigua el precio de: 1) Una computadora personal 2)Un PDA 3) Una computadora portátil 4)Un Servidor de Red (a la fecha se consideran también como mainframes) 2)Anota los precios y características básicas de 1) Al menos 3 diferentes computadoras personales 2)Al menos 3 diferentes computadoras portátiles 3) Si tuvieras la oportunidad de crear una computadora vestible, ¿qué funcionalidades tendría?

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Organización interna de la computadora A pesar de la gran diversidad de formas de las computadoras, todas ellas tienen en común que sirven para procesar datos y devolver información. Para entender cómo se procesan los datos y cómo se devuelve la información, es útil considerar la organización de la computadora.

Figura 23. Organización básica del hardware de una computadora. Básicamente consta de 2 tipos de hardware: El de entrada/salida como la memoria, monitor, teclado, lectores de CD, adaptadores de red y otros; y el componente de procesamiento, la CPU (Unidad Central de Procesamiento).

Las computadoras personales actuales, tienen en común (al menos hasta hace poco tiempo), que tienen un procesador, memoria, una interfaz y dispositivos de entrada y salida. Sin embargo, las computadoras multiprocesadores se están volviendo más comunes cada vez. Aunque su organización es una generalización de la organización de las computadoras monoprocesador.

La unidad central de proceso (conocida como el procesador), la memoria y la interfaz de entrada y salida, componen la unidad computacional.

Una computadora opera fundamentalmente en pasos de tiempo discreto. Las computadoras son dispositivos regidos por el tiempo, en donde los pasos del tiempo los proporciona de manera periodica un reloj central de acuerdo a su frecuencia de operación. Cuando decimos: ó... tengo una computadora de 1GHz...ó, significa que la computadora requiere 1 nanosegundo (una billonésima parte de un segundo, es decir 1/1 000 000 000 segundos) para realizar un tick. Una operación puede tomar varios ticks en realizarse. La velocidad de la computadora se expresa en unidades de Millones de Instrucciones Por Segundo (MIPS).

Nuestra computadora de 1GHz (la frecuencia del reloj) puede tener una velocidad computacional de 200 MIPS. Un error común (aunque generalmente tolerado) es expresar la velocidad de una computadora en términos de la frecuencia de operación de su reloj interno.

En seguida describiremos las partes principales de la organización de una computadora.

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1) Memoria: La memoria de la computadora es un arreglo de circuitos electrónicos capaces de mantener la polaridad de sus elementos por el tiempo que se encuentre encendida la computadora. Usualmente se le conoce como RAM (Memoria de acceso aleatorio).

En la memoria se alojan los programas que se estan ejecutando y generalmente los datos que deben utilizar esos programas. Dentro de los programas que debe ejecutar la computadora, el principal de ellos es el sistema operativo. El sistema operativo es un programa de computadora que se encarga de administrar los recursos del sistema de cómputo.

Otros programas son los compiladores, traductores, demonios (programas que se ejecutan sin que se entere el usuario y que constantemente están revisando una tarea específica), etcétera.

Figura 24. Memoria RAM. Las computadoras actuales pueden contener entre 2 y 16 Giga Bytes de capacidad. Esto significa que podrían contener toda la información contenida en libros y revistas de una biblioteca.

2) CPU: La Unidad Central de Procesos (CPU), se encarga de calcular y distribuir las tareas que se deben ejecutar.

Entre sus funciones está la de hacer solicitudes a la memoria para obtener todos los datos necesarios para realizar su computación; también está la de hacer gestiones a la interfaz de entrada y salida para permitir la lectura de los caracteres del teclado, los clicks del ratón, mostrar las ventanas en el monitor, etc.

Frecuentemente, en las computadoras de un solo CPU, la velocidad de proceso se ve frenada por la capacidad de transmitir datos de un lado al otro, entre el CPU, la memoria y la interfaz de E/S. Antigüamente, las computadoras podían transmitir datos en conjuntos de 8 bits, ahora las computadoras pueden transmitir hasta 64 bits en cada tick del reloj (aunque a la fecha hay equipos de cómputo de 128 bits, pero son dedicados a consolas de juegos).

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Figura 25. La CPU es un circuito integrado que se encuentra en el interior de las computadoras, es el encargado de hacer la mayoría de las operaciones. Actualmente hay otros circuitos integrados que ayudan al CPU con algunas instrucciones de propósito específico, como las gráficas.

3) Interfaz E/S: La interfaz de entrada y salida es una placa de circuitos integrados que manipulan y controlan los dispositivos que se conectan con el CPU. Los fabricantes de los dsipositivos de entrada de datos o de salida de datos, deben ajustarse a los lineamientos del procesador central.

Existen estándares para la transmisión de datos, tanto de entrada como de salida. Es el medio por el cual se envían o se reciben se˜nales desde un sistema hacia otros. Los datos viajan por un bus de datos. Si el bus de datos es de poca capacidad y el procesador es de mucha capacidad, por ejemplo, si el bus de datos puede transmitir hasta 16 bits en un tick, y el procesador trabaja con 32 bits en cada tick, es claro que el procesador puede esperar hasta 2 ticks para trabajar; si el bus fuera de 64 bits y el procesador de 32 bits, entonces también hay un tiempo de espera.

FireWire (Entrada/Salida)

Red (Entrada/Salida)

Serial (Entrada/Salida)

Paralelo (Entrada/Salida)

Video (Salida)

Micrófono (Entrada) USB (Entrada/Salida)

Figura 26. Puertos de transmisión de datos de entrada, salida y entrada/salida más comunes en las computadoras personales

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4) Dispositivos de E/S: Los dispositivos de entrada y de salida son aquellos que se conectan a la unidad de computación por medio de la interfaz de entrada/salida.

Hay dispositivos de entrada, como los teclados, los ratones, las tabletas digitalizadoras, los micrófonos, etc.; y hay dispositivos de salida como los monitores, las bocinas, y cualquier otro actuador.

Los dispositivos de E/S se conectan utilizando los puertos de la computadora.

Antiguamente había dos puertos, el puerto serial y el puerto paralelo. Actualmente está en desuso el puerto paralelo y en su lugar hay otros puertos seriales de alta velocidad, el USB (Bus Serial Universal) que se utiliza para casi cualquier dispositivo y el FireWire que se prefiere para transmitir altas cantidades de datos o de información, como los videos.

Referencias del capítulo

Actividades de aprendizaje 1) Revisa al menos 2 computadoras y llena la siguiente taba anotando el número de puertos que tiene y su tipo. Por ejemplo, en algunas computadoras se pueden encontrar hasta 4 puertos USB del tipo 2.0; CPU (GHz)

Memoria Firewire (GB)

USB

Paralelo

Serial

Sonido entrada

Sonido Salida

Auxiliar

RED

Monitor

Video digital

Comp 1 Comp 2 Comp 3 Comp 4

2) ¿Qué computadora crees que te conviene más? ¿Porqué?

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Sistemas de numeración Debido a la naturaleza eléctrica y electrónica de las computadoras, los dispositivos de los cuales se componen, se pueden presentar en uno de dos estados, encendidos o apagados. Esto nos ha servido para modelar cada uno de esos estados con un 0 (apagado) o un 1 (encendido). El conjunto de símbolos 1 y 0, los conoceremos como dígitos binarios, porque son los dígitos que conforman el sistema de numeración binaria. El nombre más común es BIT que es una contracción de la palabra en inglés BInary digiT. Conversión de sistemas de numeración

Binario a decimal: La representación de los números en notación binaria, sigue las mismas reglas que la representación de los números en notación decimal, la que utilizamos cotidianamente; y también es la misma que la representación de los números en cualquier sistema numérico de otra base. Los números se representan de manera posicional, con el dígito más significativo a la izquierda y el menos significativo a la derecha.

Ejemplo: El número decimal 7632 tiene el dígito más significativo 7, y el menos significativo el 2. El número binario 10011 tiene el dígito más significativo en el extremo izquierdo y el menos significativo al extremo derecho. Cada posición representa las veces que la base debe ser considerada para expresar correctamente el número. En el ejemplo anterior, el número decimal 7632 representa: 3

7

millares

×10 3

2

6

centenas

×10 2

1

3

decenas

×101

0

2

unidades

×10 0

Los dígitos 7,6,3,2, han sido ordenados de arriba hacia abajo en orden decreciente de acuerdo a su posición en el número 7632.

De manera similar, el número binario (en base 2) del ejemplo 1, el número 10011 es representado por los dígitos de la siguiente tabla:

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4

1

diesicéises

×2 4

3

0

ochos

×2 3

2

0

cuatros

×2 2

1

1

doses

×21

0

1

unidades

×2 0

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Esto nos sirve para poder convertir cualquier número en binario a su expresión numérica en base decimal. Por ejemplo, el mismo número del ejemplo 1, el 10011 se expresa en decimal como el resultado de 1 × 2 4 + 0 × 2 3 + 0 × 2 2 + 1 × 21 + 1 × 2 0

= 2 4 + 21 + 2 0 = 16 + 2 + 1 = 19 Así, 10011 en base 2, es equivalente al número 19 en base 10. Frecuentemente la base del número se representa como un subíndice a la derecha del número. Así, podemos escribir 100112 ≈ 1910.

Esta misma idea la podemos aplicar a expresiones numéricas de cualquier otra base. Por ejemplo, el número 2013 de cualquier otra base. Por ejemplo, el número 2013:

2 × 32 + 0 × 31 + 1 × 30 = 2(9) + 0(3) + 1(1) = 18 + 0 + 1 = 19 de modo que las expresiones numéricas 100112, 2013 y 1910 son equivalentes.

Decimal a binario

Para convertir un número en el sistema numérico decimal a otro sistema numérico de cualquier otra base hacemos divisiones, considerando los residuos para formar la expresión numérica del resultado.

Ejemplo: Calcular la expresión numérica en binario del número 35610 (decimal).

Para realizar esta tarea, tenemos que dividir: 1

356 ÷ 2 = 178

y sobra 0

2

178 ÷ 2 = 89

y sobra 0

3

89 ÷ 2 = 44

y sobra 1

4

44 ÷ 2 = 22

y sobra 0

5

22 ÷ 2 = 11

y sobra 0

6

11 ÷ 2 = 5

y sobra 1

7

5 ÷ 2 = 2

y sobra 1

8

2 ÷ 2 = 1

y sobra 0

9

1 ÷ 2 = 0

y sobra 1

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Menos significativo

Más significativo DURACIÓN 40 HORAS

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de modo que el número binario buscado se escribe de izquierda a derecha desde el número más significativo al menos significativo. En este caso el número binario buscado es 1011001002.

Para convertir un número decimal a una expresión en otra base diferente que 2 se debe considerar dividir entre la base deseada hasta que la parte entera de la división sea 0, y escribir los residuos de izquierda a derecha en el orden de significancia.

Referencias del capítulo 1. Sistemas binarios: aritmética binaria. Aritmetica binaria, 2009. http: // platea.pntic.mec.es/~lgonzale/tic/binarios/aritmetica.html.

2. ABCDatos.com. Código ASCII. Codigo ASCII, 2009. http: //www.abcdatos.com/ utiles/ascii.html.

3. Kadathian, H. Numeric Systems Home Page. Numeric Systems, 2009. http: // members.tripod.com/numeric_systems/.

4.

Merino, J. Sistema binario.

Sistema Binario, 2009. es.geocities.com/jeeesusmeeerino/sistnum/binario/binario.html.

http:

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5. Templado-Redondo, F.M. zonaClic - actividades - Sistema binario. Sistema Binario, 2009. http: //clic.xtec.cat/db/act_es.jsp?id=3259.

Actividades de aprendizaje 1) Encuentre las expresiones numéricas en sistema decimal equivalentes de los siguientes números: (a)3368 (b)3367 (c)3369 2) ¿El número decimal 845 es equivalente a qué numero binario? (a)11010011012 (b)11010111012 (c)11010011002 3) Convierta los siguientes números en base 10 a base 2: (a)11010 (b)79010 (c)1001110

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DURACIÓN 40 HORAS

CURSO EDUCACION A DISTANCIA UJAT 2009

CLAVE F0153

DURACIÓN 40 HORAS

4) Convierta el número 23810 a números en: (a) base 2 (b) base 8 (c) base 16

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