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1. COMPUTADORA Una computadora o computador (del inglés computer y este del latín computare -calcular), también denominada ordenador (del francés ordinateur, y este del latín ordinator), es una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos en información útil. Una computadora es una colección de circuitos integrados y otros componentes relacionados que puede ejecutar con exactitud, rapidez y de acuerdo a lo indicado por un usuario o automáticamente por otro programa, una gran variedad de secuencias o rutinas de instrucciones que son ordenadas, organizadas y sistematizadas en función a una amplia gama de aplicaciones prácticas y precisamente determinadas, proceso al cual se le ha denominado con el nombre de programación y al que lo realiza se le llama programador. La computadora, además de la rutina o programa informático, necesita de datos específicos (a estos datos, en conjunto, se les conoce como "Input" en inglés o de entrada) que deben ser suministrados, y que son requeridos al momento de la ejecución, para proporcionar el producto final del procesamiento de datos, que recibe el nombre de "output" o de salida. La información puede ser entonces utilizada, reinterpretada, copiada, transferida, o retransmitida a otra(s) persona(s), computadora(s) o componente(s) electrónico(s) local o remotamente usando diferentes sistemas de telecomunicación, pudiendo ser grabada, salvada o almacenada en algún tipo de dispositivo o unidad de almacenamiento. La característica principal que la distingue de otros dispositivos similares, como la calculadora no programable, es que es una máquina de propósito general, es decir, puede realizar tareas muy diversas, de acuerdo a las posibilidades que brinde los lenguajes de programación y el hardware. 1: Monitor 2: Placa base 3: Procesador 4: Puertos ATA 5: Memoria principal (RAM) 6: Placas de expansión 7: Fuente de alimentación 8: Unidad de almacenamiento óptico 9: Disco duro, Unidad de estado sólido 10: Teclado 11: Ratón Hay dos partes básicas que explicar para entender la computadora, estas partes son: el software y el hardware.
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1.1. EL SOFTWARE Es el equipamiento lógico o soporte lógico de una computadora digital; comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas específicas. Los componentes lógicos incluyen, entre muchos otros, las aplicaciones informáticas; tales como el procesador de texto, que permite al usuario realizar todas las tareas concernientes a la edición de textos; el software de sistema, tal como el sistema operativo, que, básicamente, permite al resto de los programas funcionar adecuadamente, facilitando también la interacción entre los componentes físicos y el resto de las aplicaciones, y proporcionando una interfaz con el usuario.
1.2. EL HARDWARE Corresponde a todas las partes 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.
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1.3. ARQUITECTURA DE UNA COMPUTADORA A pesar de que las tecnologías empleadas en las computadoras digitales han cambiado mucho desde que aparecieron los primeros modelos en los años 40, la mayoría todavía utiliza la Arquitectura de von Neumann, publicada a principios de los años 1940 por John von Neumann, que otros autores atribuyen a John PresperEckert y John William Mauchly. La arquitectura de Von Neumann describe una computadora con 4 secciones principales: La unidad aritmético lógica (ALU por sus siglas del inglés: ArithmeticLogicUnit), La unidad de control, La memoria central, y Los dispositivos de entrada y salida (E/S). Estas partes están interconectadas por canales de conductores denominados buses:
La memoria es una secuencia de celdas de almacenamiento numeradas, donde cada una es un bit o unidad de información. La instrucción es la información necesaria para realizar lo que se desea con el computador. Las «celdas» contienen datos que se necesitan para llevar a cabo las instrucciones, con el computador. El número de celdas varían mucho de computador a computador, y las tecnologías empleadas para la memoria han cambiado bastante; van desde los relés electromecánicos, tubos llenos de mercurio en los que se formaban los pulsos acústicos, matrices de imanes permanentes, transistores individuales a circuitos integrados con millones de celdas en un solo chip. En general, la memoria puede ser reescrita varios millones de veces (memoria RAM); se parece más a una pizarra que a una lápida (memoria ROM) que sólo puede ser escrita una vez.
El procesador (también llamado Unidad central de procesamiento o CPU) consta de manera básica de los siguientes elementos: o La unidad aritmético lógica o ALU es el dispositivo diseñado y construido para llevar a cabo las operaciones elementales como las operaciones aritméticas (suma, resta, ...), operaciones lógicas (Y, O, NO), y operaciones de comparación o relacionales. En esta unidad es en donde se hace todo el trabajo computacional. [3]
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Un típico símbolo esquemático para una ALU: A y B son operandos; R es la salida; F es la entrada de la unidad de control; D es un estado de la salida.
o La unidad de control sigue la dirección de las posiciones en memoria que contienen la instrucción que el computador va a realizar en ese momento; recupera la información poniéndola en la ALU para la operación que debe desarrollar. Transfiere luego el resultado a ubicaciones apropiadas en la memoria. Una vez que ocurre lo anterior, la unidad de control va a la siguiente instrucción (normalmente situada en la siguiente posición, a menos que la instrucción sea una instrucción de salto, informando al ordenador de que la próxima instrucción estará ubicada en otra posición de la memoria). Los procesadores pueden constar de además de las anteriormente citadas, de otras unidades adicionales como la unidad de Coma Flotante
Los dispositivos de Entrada/Salida sirven a la computadora para obtener información del mundo exterior y/o comunicar los resultados generados por el computador al exterior. Hay una gama muy extensa de dispositivos E/S como teclados, monitores, unidades de disco flexible o cámaras web.
1.4. GENERACIÓN DE COMPUTADORAS Las computadoras se pueden dividir en cinco generaciones en función de las tecnologías utilizadas. Estas son: Primera Generación las computadoras utilizaban tubos de vacío (1942 – 1955) Segunda Generación las computadoras utilizaban transistores (1955 – 1964) Tercera Generación las computadoras utilizaban circuitos integrados (1964 – 1975) Cuarta Generación la era del microprocesador y de las computadoras personales (desde 1975) 5) Quinta Generación Inteligencia Artificial (desde 1980) 1) 2) 3) 4)
1.4.1. PRIMERA GENERACIÓN DE LAS COMPUTADORAS UTILIZABAN TUBOS DE VACÍO (1942 – 1955) La primera generación de computadoras eran enormes, lentas, caras y poco confiables. En 1946 dos americanos, PresperEckert y John Mauchly construyeron la
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computadora electrónica ENIAC que utilizaba tubos de vacío (bulbos) en lugar de los interruptores mecánicos de la Mark I. La ENIAC usaba miles de tubos de vacío por lo tanto ocupaba un espacio enorme y generaba un montón de calor. Después de la ENIAC llegaron otras computadoras de primera generación como la EDVAC (ElectronicDiscrete Variable AutomaticComputer) y la UNIVAC I (UNIVersalAutomaticComputer). El tubo de vacío fue un paso muy importante en el avance de las computadoras. Los tubos de vacío se inventaron al mismo tiempo que se inventó la bombilla eléctrica por Thomas Edison y trabaja muy similar a las bombillas. Su propósito era actuar como un amplificador y un interruptor. Sin partes móviles, los tubos de vacío pueden recibir señales muy débiles y amplificarlas. Los tubos de vacío también puede detener e iniciar el flujo de electricidad al instante (interruptor). Estas dos propiedades hicieran que la computadora ENIAC fuera posible.
Resumiendo las computadoras de la primera generación tenian estas grandes desventajas: o o o o o o o o o
Tamaño inmenso Poco Confiables Consumian gran cantidad de energía Requerian mantenimiento constante (habia que estar cambiando los tubos de vació cuando se fundian) Se nececitaba enormes equipos de aire acondicionado para controlar el calor que generaban. Muy costosas Muy baja velocidad de procesamiento de datos. Muy dificil de programar ya que solo utilizaban lenguage de maquina. Cero portables [5]
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o Uso comercial muy limitado 1.4.2. LA SEGUNDA GENERACIÓN LA ERA DEL TRANSISTOR (1959-1964). Los Transistores sustituyerón los tubos de vacío y dieron paso a la computadora de segunda generación. El transistor electrónico fue inventado en 1948 en los Laboratorios Bell. El transistor fue más rápido, más fiable, más pequeño, y mucho más barato de construir que un tubo de vacío. Un transistor reemplazó al equivalente de 40 tubos de vacío. Por lo tanto, la tecnología de los transistores se utilizó en las computadoras en lugar de la tecnología de tubo de vacío. El Transistor es un dispositivo compuesto de un material semiconductor que amplifica una señal o abre o cierra un circuito. Estos transistores eran de materiales sólidos, algunos de los cuales es el silicio, un elemento abundante (en segundo lugar solamente al oxígeno) encontrados en la arena de playa y el vidrio. Los transistores se han convertido en el ingrediente clave de todos los circuitos digitales, incluyendo las computadoras. Los nuevos microprocesadores de hoy contienen decenas de millones de transistores microscópicos. Es seguro decir que sin la invención de los transistores, la computación como la conocemos hoy en día no sería posible. La programación en ensamblador también se introdujo en la segunda generación de computadoras. En esta generación se dio el avance de lenguaje binario a simbólico lo que permitía a los programadores especificar las instrucciones con palabras. También se dieron las primeras versiones de los lenguajes de alto nivel como COBOL y FORTRAN.
Las primeras computadoras de esta generación fueron desarrollados para la industria de la energía atómica. Ventajas Las principales ventajas de las computadoras de segunda generación en comparación con las computadoras de primera generación son:
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Menor Costo Menor tamaño Más rápidas Generaban menos calor Más confiable y precisas en los cálculos Consumían menos energía Se utiliza con fines comerciales Portable Más fácil de programar.
Desventajas Las principales desventajas de esta generación de computadoras fueron:
Requieren Aire Acondicionado Producción comercial era difícil y éstos las hacía muy costosas Requerían constante ó frecuente mantenimiento. Sólo se utiliza para propósitos especiales
1.4.3. LA TERCERA INTEGRADOS
GENERACIÓN
APARECEN
LOS
CIRCUITOS
El desarrollo del circuito integrado fue el sello distintivo de la tercera generación de computadoras. Los transistores fueron miniaturizados y se colocan en los chips de silicio, llamados semiconductores, que aumentó drásticamente la velocidad y la eficiencia de las computadoras. Inicialmente, un Circuito Integrado sólo contenía cerca de diez a veinte componentes. Así, la tecnología de los circuitos integrados (IC) fue nombrada como Pequeña Escala de Integración (SSI). El circuito integrado contiene un gran número de transistores en una oblea de silicio. Robert Noyce de Fairchild Corporation y Jack Kilby de Texas Instruments descubrierón de forma independiente los atributos impresionantes de los circuitos integrados. La colocación de un número tan grande de transistores en un único chip aumentó considerablemente el poder de una sola computadora y redujo su costo considerablemente.
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Desde la invención de los circuitos integrados, el número de transistores que se pueden colocar en un solo chip se duplica cada dos años, reducción cada vez más tanto el tamaño como el costo de las computadoras pero aumentando su poder.
La mayoría de los dispositivos electrónicos de hoy usan algún tipo de circuitos integrados se colocan sobre tablas de circuitos impresos – finas piezas de baquelita o fibra de vidrio con conexiones eléctricas grabado en ellos – a veces llamados Tarjeta madre. Ventajas Las principales ventajas de la tercera generación en comparación con generaciones anteriores de computadoras fueron:
Más Pequeñas Menor Costo de Producción Mucho más rápidas en poder de computación Más Confiables Bajo consumo de energía Costo de Mantenimiento bajo ya que el equipo presentaba menos fallas. disco magnético, utilizado para el almacenamiento externo Mayor capacidad de almacenamiento Fácilmente transportable Más Fácil de operar fácilmente actualizable Ampliamente utilizado para diversas aplicaciones comerciales en todo el mundo Generaban menos calor Normalmente utilizaban lenguajes de alto nivel para programarlas Se introdujo el Teclado y el Ratón.
Desventajas Las principales desventajas de la tercera generación de computadoras fueron:
Requerían Aire Acondicionado Se Necesitaba tecnología altamente sofisticada para la fabricación de chips
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1.4.4.
LA CUARTA GENERACIÓN(1971 a 1981) Microprocesador, Chips de memoria, Micro miniaturización Dos mejoras en la tecnología de las computadoras marcan el inicio de la cuarta generación: el reemplazo de las memorias con núcleos magnéticos, por las de chips de silicio y la colocación de Muchos más componentes en un Chip: producto de la micro miniaturización de los circuitos electrónicos. El tamaño reducido del microprocesador y de chips hizo posible la creación de las computadoras personales (PC) En 1971, intelCorporation, que era una pequeña compañía fabricante de semiconductores ubicada en Silicon Valley, presenta el primer microprocesador o Chip de 4 bits, que en un espacio de aproximadamente 4 x 5 mm contenía 2 250 transistores. Este primer microprocesador, fue bautizado como el 4004. Silicon Valley (Valle del Silicio) era una región agrícola al sur de la bahía de San Francisco, que por su gran producción de silicio, a partir de 1960 se convierte en una zona totalmente industrializada donde se asienta una gran cantidad de empresas fabricantes de semiconductores y microprocesadores. Actualmente es conocida en todo el mundo como la región más importante para las industrias relativas a la computación: creación de programas y fabricación de componentes. Actualmente ha surgido una enorme cantidad de fabricantes de microcomputadoras o computadoras personales, que utilizando diferentes estructuras o arquitecturas se pelean literalmente por el mercado de la computación, el cual ha llegado a crecer tanto que es uno de los más grandes a nivel mundial; sobre todo, a partir de 1990, cuando se logran sorprendentes avances en Internet. Esta generación de computadoras se caracterizó por grandes avances tecnológicos realizados en un tiempo muy corto. En 1977 aparecen las primeras microcomputadoras, entre las cuales, las más famosas fueron las fabricadas por Apple Computer, Radio Shack y Commodore Busíness Machines. IBM se integra al mercado de las microcomputadoras con su Personal Computer de donde les ha quedado como sinónimo el nombre de PC, y lo más importante; se incluye un sistema operativo estandarizado, el MS- DOS (MicroSoft Disk OperatingSystem). Las principales tecnologías que dominan este mercado son: IBM y sus compatibles llamadas clones, fabricadas por infinidad de compañías con base en los procesadores 8088, 8086, 80286, 80386, 80486, 80586 o Pentium, Pentium II, Pentium III y Celeron de Intel y en segundo término Apple Computer,
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con sus Macintosh y las Power Macintosh, que tienen gran capacidad de generación de gráficos y sonidos gracias a sus poderosos procesadores Motorola serie 68000 y PowerPC, respectivamente. Este último microprocesador ha sido fabricado utilizando la tecnología RISC (ReducedInstruction Set Computing), por Apple Computer Inc., Motorola Inc. e IBM Corporation, conjuntamente. Los sistemas operativos han alcanzado un notable desarrollo, sobre todo por la posibilidad de generar gráficos a gran des velocidades, lo cual permite utilizar las interfaces gráficas de usuario (GraphicUser Interface, GUI), que son pantallas con ventanas, iconos (figuras) y menús desplegables que facilitan las tareas de comunicación entre el usuario y la computadora, tales como la selección de comandos del sistema operativo 1.4.5. LA QUINTA GENERACIÓNY LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL (1982-1989) Cada vez se hace más difícil la identificación de las generaciones de computadoras, porque los grandes avances y nuevos descubrimientos ya no nos sorprenden como sucedió a mediados del siglo XX. Hay quienes consideran que la cuarta y quinta generación han terminado, y las ubican entre los años 1971-1984 la cuarta, y entre 1984-1990 la quinta. Ellos consideran que la sexta generación está en desarrollo desde 1990 hasta la fecha. Siguiendo la pista a los acontecimientos tecnológicos en materia de computación e informática, podemos puntualizar algunas fechas y características de lo que podría ser la quinta generación de computadoras. Con base en los grandes acontecimientos tecnológicos en materia de microelectrónica y computación (software) como CADI CAM, CAE, CASE, inteligencia artificial, sistemas expertos, redes neuronales, teoría del caos, algoritmos genéticos, fibras ópticas, telecomunicaciones, etc., a de la década de los años ochenta se establecieron las bases de lo que se puede conocer como quinta generación de computadoras. Hay que mencionar dos grandes avances tecnológicos, que sirvan como parámetro para el inicio de dicha generación: la creación en 1982 de la primera supercomputadora con capacidad de proceso paralelo, diseñada por SeymouyCray, quien ya experimentaba desde 1968 con supercomputadoras, y que funda en 1976 la CrayResearch Inc.; y el anuncio por parte del gobierno japonés del proyecto "quinta generación", que según se estableció en el acuerdo con seis de las más grandes empresas japonesas de computación, debería terminar en 1992. El proceso paralelo es aquél que se lleva a cabo en computadoras que tienen la capacidad de trabajar simultáneamente con varios microprocesadores. Aunque en teoría el trabajo con varios microprocesadores debería ser mucho más rápido, es necesario llevar a cabo una programación especial que permita asignar diferentes tareas de un mismo proceso a los diversos microprocesadores que intervienen. También se debe adecuar la memoria para que pueda atender los requerimientos de los procesadores al mismo tiempo. Para solucionar este problema se tuvieron que diseñar módulos de memoria compartida capaces de asignar áreas de caché para cada procesador. Según este proyecto, al que se sumaron los países tecnológicamente más avanzados para no quedar atrás de Japón, la característica principal sería la aplicación de [10]
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la inteligencia artificial (Al, Artificial Intelligence). Las computadoras de esta generación contienen una gran cantidad de microprocesadores trabajando en paralelo y pueden reconocer voz e imágenes. También tienen la capacidad de comunicarse con un lenguaje natural eirán adquiriendo la habilidad para tomar decisiones con base en procesos de aprendizaje fundamentados en sistemas expertos e inteligencia artificial. El almacenamiento de información se realiza en dispositivos magneto ópticos con capacidades de decenas de Gigabytes; se establece el DVD (Digital Video Disk o Digital Versatile Disk) como estándar para el almacenamiento de video y sonido; la capacidad de almacenamiento de datos crece de manera exponencial posibilitando guardar más información en una de estas unidades, que toda la que había en la Biblioteca de Alejandría. Los componentes de los microprocesadores actuales utilizan tecnologías de alta y ultra integración, denominadas VLSI (VeryLargeSca/e Integration) y ULSI (Ultra Lar- ge ScaleIntegration). Sin embargo, independientemente de estos "milagros" de la tecnología moderna, no se distingue la brecha donde finaliza la quinta y comienza la sexta generación. Personalmente, no hemos visto la realización cabal de lo expuesto en el proyecto japonés debido al fracaso, quizás momentáneo, de la inteligencia artificial.
El único pronóstico que se ha venido realizando sin interrupciones en el transcurso de esta generación, es la conectividad entre computadoras, que a partir de 1994, con el advenimiento de la red Internet y del World Wide Web, ha adquirido una importancia vital en las grandes, medianas y pequeñas empresas y, entre los usuarios particulares de computadoras. El propósito de la Inteligencia Artificial es equipar a las Computadoras con "Inteligencia Humana" y con la capacidad de razonar para encontrar soluciones. Otro factor fundamental del diseño, la capacidad de la Computadora para reconocer patrones y secuencias de procesamiento que haya encontrado previamente, (programación Heurística) que permita a la Computadora recordar resultados previos e incluirlos en el procesamiento, en esencia, la Computadora aprenderá a partir de sus propias experiencias usará sus Datos originales para obtener la respuesta por medio del razonamiento y conservará esos resultados para posteriores tareas de procesamiento y toma de decisiones.
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1.4.6. SEXTA GENERACIÓN 1990 HASTA LA FECHA Como supuestamente la sexta generación de computadoras está en marcha desde principios de los años noventa, debemos por lo menos, esbozar las características que deben tener las computadoras de esta generación. También se mencionan algunos de los avances tecnológicos de la última década del siglo XX y lo que se espera lograr en el siglo XXI. Las computadoras de esta generación cuentan con arquitecturas combinadas Paralelo / Vectorial, con cientos de microprocesadores vectoriales trabajando al mismo tiempo; se han creado computadoras capaces de realizar más de un millón de millones de operaciones aritméticas de punto flotante por segundo (teraflops); las redes de área mundial (Wide Area Network, WAN) seguirán creciendo desorbitadamente utilizando medios de comunicación a través de fibras ópticas y satélites, con anchos de banda impresionantes. Las tecnologías de esta generación ya han sido desarrolla das o están en ese proceso. Algunas de ellas son: inteligencia / artificial distribuida; teoría del caos, sistemas difusos, holografía, transistores ópticos, etcétera.
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INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO KHIPU Profesor: Lic. Alberto Cabrera Carpio Sitio web: khipu.net Intranet: intranet.khipu.net E-Learning: campus.khipu.net
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