Clase 01 Fundamentos

Fundamentos de Computación e Informática Algoritmos

Universidad Alas Peruanas

Información General  Profesor

: Singham I. Feijóo Parra  E-mail : [email protected]  Para – –

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Información General

 Horario

: Lunes de 10:00a.m. a 01:00p.m.  Duración : 18 semanas  Evaluaciones: 04 (PC1,EP,PC2,EF)  Promedio = (PP+EP+EF)/3  Asistencia a clases : Obligatoria  Nro. MAXIMO de faltas : 4, para tener derecho a evaluación Universidad Alas Peruanas

Información General En cada clase se les recordará :

Que es muy importante estar al día en sus pagos para poder tener derecho a evaluación Información adicional en la Oficina de Coordinación Universidad Alas Peruanas

Objetivos Principales del Curso

–

Comprender los sistemas computacionales modernos.

–

Desarrollar la lógica de programación del estudiante (Herramientas : pseudocódigo, diagramas de flujo, C#). Universidad Alas Peruanas

Fundamentos de Computación e Informática

Hardware (Mecamática)

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¿Qué es un Computador? Es el conjunto de máquinas electrónicas especializadas (hardware) dependientes de un programa común (software) que permite realizar complejas operaciones matemáticas y lógicas. ¿Es el computador un Sistema? Universidad Alas Peruanas

Un computador es un sistema 

Un computador es un sistema, un conjunto interrelacionado de componentes que ejecutan las funciones básicas de entrada, procesamiento, salida, almacenamiento y control con un solo objetivo : proporcionar INFORMACION Universidad Alas Peruanas

Componentes de un Sistema Computacional Unidad central de procesamiento Dispositivos de entrada Ingresan datos e instrucciones a la CPU -Teclado -Mouse -Pantalla sensible al tacto -Escáner óptico

Unidad de control interpreta instrucciones y dirige el procesamiento

Procesadores de propósito especial

Unidad aritmético-lógica Ejecuta operaciones aritméticas y realiza comparaciones

Almacenamiento primario (memoria). Almacena Memoria datos e instrucciones de caché programas durante el procesamiento

Dispositivos de almacenamiento secundario Almacena datos y programas para procesamiento Universidad Alas Peruanas

Dispositivos de salida Comunica y registra información -Unidad de presentación visual -Impresora -Respuesta de audio

Unidades de disco magnético y de cinta, discos ópticos, etc.

Hardware 

Elementos Básicos  Placa

Base  Microprocesador Central (CPU)  Unidad de Control (UC)  Unidad Aritmética y Lógica (UAL)  Buses  Memoria



Periféricos  Entrada  Salida  Almacenamiento  Comunicaciones

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Elementos Básicos

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Placa Base (mainboard) 

Elemento principal de todo ordenador, al que se conectan todos los demás aparatos y dispositivos.

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Slots PCI/ISA PCI son las siglas de Peripheral Component Interconnect (Interconexión de Componentes Periféricos) Se trata de un bus de ordenador estándar de 32/64 bits para conectar dispositivos periféricos directamente a su placa base. Es común en PC modernas, donde ha desplazado al ISA (Industry Standard Architecture de 16 bits). A diferencia de los buses ISA, el bus PCI permite configuración dinámica de un dispositivo periférico. En el tiempo de arranque del sistema, las tarjetas PCI y el BIOS interactúan y negocian los recursos solicitados por la tarjeta PCI. Esto permite asignación de IRQs y direcciones del puerto por medio de un proceso dinámico diferente del bus ISA, donde las IRQs tienen que ser configuradas manualmente usando jumpers. Universidad Alas Peruanas

En los primeros días de la computación, grandes cantidades de data se movían empleando conexión serial. La información se dividía en paquetes y se transportaba de un lugar a otro, uno a la vez. La conexión serial era confiable, pero lenta. Luego apareció la conexión paralela, para enviar múltiples paquetes de data, simultáneamente.

Pero ocurre que la conexión paralela genera problemas cuanto mayor sea la velocidad de transmisión. Por ejemplo, la señal en los cables genera interferencia electromagnética. Así, hoy estamos regresando a las conexiones seriales pero ALTAMENTE OPTIMIZADAS. Mejoras en el hardware y en el proceso de dividir la data en paquetes han hecho la conexión serial mucho más rápida y confiable que la paralela.

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PCI Express es una conexión serial que en lugar de un bus que maneja data de múltiples fuentes, tiene un switch que controla varias conexiones seriales punto a punto. Estas conexiones llegan directamente a los dispositivos donde la data debe ir. Cada dispositivo tiene su propia conexión o línea dedicada, de tal forma que no comparten el ancho de banda como en una conexión paralela. Universidad Alas Peruanas

Cada línea de una conexión PCI Express contiene dos pares de cables (una para enviar y otra para recibir). Los paquetes de datos se mueven por la línea a razón de un bit por ciclo. Una conexión x1, la más pequeña conexión PCIe, tiene una línea hecha con 4 cables. Carga un bit por ciclo en cada dirección. Una conexión x2 contiene 8 cables y transmite 2 bits a la vez. Una conexión x4 contiene 16 cables y transmite 4 bits. Otras configuraciones son x12, x16 y x32. Universidad Alas Peruanas

Tarjetas PCIe pequeñas pueden colocarse en slots PCIe más grandes. La computadora simplemente ignora las conexiones extra. Por ejemplo, una tarjeta x4 puede colocarse en un slot x16. Lo inverso, naturalmente, no es físicamente posible.

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Slot AGP Es un puerto desarrollado por Intel en 1996 como solución a los cuellos de botella que se producían en las tarjetas gráficas que usaban el bus PCI. El bus AGP es de 32 bits como PCI pero cuenta con notables diferencias como 8 canales adicionales para acceso a la memoria RAM. Además puede acceder directamente a ésta a través del NorthBrigde pudiendo emular así memoria de vídeo en la RAM. La velocidad del bus es de 66 MHz. El bus AGP cuenta con diferentes modos de funcionamiento. AGP 1X: velocidad 66 MHz con una tasa de transferencia de 264 MB/s. AGP 2X: velocidad 133 MHz con una tasa de transferencia de 528 MB/s. AGP 4X: velocidad 266 MHz con una tasa de transferencia de 1 GB/s. AGP 8X: velocidad 533 MHz con una tasa de transferencia de 2 GB/s. Estas tasas de transferencias se consiguen aprovechando los ciclos de reloj del bus mediante un multiplicador pero sin modificarlos físicamente. El puerto AGP se utiliza exclusivamente para conectar tarjetas gráficas, y debido a su arquitectura sólo puede haber una ranura. Las conexiones PCIe están llamadas a reemplazarlas en el futuro. Universidad Alas Peruanas

Tarjeta de Vídeo AGP 8x

Tarjeta de Vídeo PCIe x16

PCIe puede eliminar la necesidad de una conexión AGP. PCIe x16 puede manejar mucha más data por segundo y proporciona 75 watts de poder a la tarjeta de vídeo en lugar de los 25 watts/42 watts de una AGP 8x. Además, puede conectar más de una tarjeta de vídeo. Universidad Alas Peruanas

Ranuras SIMM/DIMM SIMM (siglas de Single In-line Memory Module), memoria RAM que fue utilizada en los sistemas cuyos buses de datos eran de 32 bits o menos. A partir del uso de buses de 64 bits han sido reemplazados por los DIMM. Un PC usa tanto memoria de nueve bits (ocho bits y un bit de paridad, en 9 chips de memoria RAM dinámica) como memoria de ocho bits sin paridad. En el primer caso los ocho primeros son para datos y el noveno es para el chequeo de paridad.

Conector IDE/EIDE 

La interfaz IDE (Integrated Device Electronics) o ATA (Advanced Technology Attachment) controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) añade además dispositivos como las unidades CD-ROM. IDE significa Integrated Device Electronics --Dispositivo con electrónica integrada-- que indica que el controlador del dispositivo se encuentra integrado en la electrónica del dispositivo. Universidad Alas Peruanas

Chipset El "chipset" es el conjunto (set) de chips que se encargan de controlar determinadas funciones del ordenador, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria RAM o la memoria caché, o el control de los puertos y slots ISA, PCI, AGP, USB, etc.

Pila El BIOS guarda su data sensible (tipo de disco duro, fecha, hora, claves de acceso, etc.) en una memoria del tipo CMOS, de muy bajo consumo y que es mantenida por una pila cuando el sistema queda sin energía (se apaga la PC). Esta pila puede durar entre 2 a 5 años y tiene voltaje de 3.5 V y es muy similar a las del reloj solo que un poco más grande. Universidad Alas Peruanas

Microprocesador (CPU) 

Un microprocesador es un conjunto de circuitos electrónicos altamente integrado para cálculo y control computacional. El microprocesador es utilizado como Unidad Central de Proceso en un sistema microordenador y en dispositivos electrónicos complejos como cámaras fotográficas e impresoras, entre otros.



Parámetros significativos de un microprocesador son la frecuencia de reloj a la que trabajan (medida en hercios), su ancho de bus (medido en bits), el tamaño de la palabra (medido en bits) y el tamaño de memoria caché (medido en kilobytes). Universidad Alas Peruanas

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Memoria Caché Existen dos tipos de memoria caché : L1 o interna (situada dentro del propio procesador y por tanto de acceso aún más rápido y aún más cara). La caché de primer nivel contiene muy pocos kilobytes (unos 32 ó 64 Kb)  L2 o externa (situada entre el procesador y la RAM). Los tamaños típicos de la memoria caché L2 oscilan en la actualidad entre 256 Kb y 8 Mb. 

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 Las

partes lógicas que componen un microprocesador son, entre otras: unidad de control, unidad aritmético-lógica, registros de almacenamiento, memoria caché y buses de datos, control y dirección.

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Unidad de Control 

 

Las instrucciones se trasladan del almacenamiento primario a la UC en donde se decodifica e interpreta. Esta indica a otros componentes del procesador que realicen las operaciones necesarias para ejecutar la instrucción. Dirige las operaciones de los componentes internos del procesador. Controlar el flujo de los programas, datos de entrada y de salida del almacenamiento primario.

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Unidad Aritmético Lógica  Esta

Unidad es la encargada de la ejecución de las instrucciones de operaciones aritméticas y lógicas contenidas en el Programa Almacenado que se está ejecutando. SUMA cuando se trata de operaciones de suma, multiplicación, potenciación  RESTA cuando se trata de operaciones de resta, división y raíz cuadrada o raíz a la "n".  Realiza comparaciones lógicas del tipo <, >, =, <>, etc. 

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Registros Un registro es una memoria de alta velocidad y poca capacidad, integrada en el microprocesador, que permite guardar y acceder a valores muy usados, generalmente en operaciones matemáticas. Se miden por el número de bits que almacenan: por ejemplo, un registro de 8 bits o un registro de 32 bits.

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Tipos de Registros   



Los registros de datos son usados para guardar números enteros. Los registros de memoria son usados para guardar exclusivamente direcciones de memoria. Los registros de propósito general (GPRs o General Purpose Registers) pueden guardar tanto datos como direcciones. Son fundamentales en la arquitectura de las computadoras modernas. Los registros de coma flotante son usados para guardar datos en formato de coma flotante.

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Buses 

BUS: Es la circuitería por donde circulan los datos que van y vienen del microprocesador  Datos

que se han leído o que se van a escribir (entrada/salida).  Direcciones: Direcciones desde donde se va a leer (entrada) o donde se va a escribir (salida)  Control: Circulan las órdenes de control (entrada/salida) Universidad Alas Peruanas

Buses

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Memoria Como el microprocesador no es capaz por sí solo de albergar la gran cantidad de memoria necesaria para almacenar instrucciones y datos de programa (por ejemplo, WORD y un texto de WORD), se emplean otros circuitos integrados llamados chips de memoria de acceso aleatorio (RAM, siglas en inglés). Existen diversos tipos de memoria de acceso aleatorio. La RAM estática (SRAM) conserva la información mientras esté conectada la tensión de alimentación, y suele emplearse como memoria cache porque funciona a gran velocidad. Otro tipo de memoria, la RAM dinámica (DRAM), es más lenta que la SRAM y debe recibir electricidad periódicamente para no borrarse. La DRAM resulta más económica que la SRAM y se emplea como elemento principal de memoria en las computadoras.

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

La RAM es como un estante con varios casilleros (celdas de almacenamiento), en cada uno de los cuales se colocará un dato. Cada uno de estos casilleros pueden contener (según el diseño interno de la computadora) un grupo específico de bits (llamado palabra) que se transfiere y maneja con una sola operación. Así se tiene máquinas que trabajan con 8 a 64 bits por palabra.

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

Cada localización de palabra tiene asociado un nombre llamado dirección. En la RAM cualquier localización se alcanza especificando su dirección. 0064FDF4



El tiempo para accesar una palabra se llama tiempo de acceso a la memoria, que es fijo y del orden de los nanosegundos (10-9 s). Universidad Alas Peruanas

Memoria 

Memoria interna 

RAM: Random Access Memory (memoria de acceso aleatorio). 



ROM: Read Only Memory (memoria sólo de lectura). 



Es volátil. Permite leer y escribir y se pierde al apagar el ordenador

Es permanente, no puede ser alterada y se utiliza para guardar algunos programas fundamentales para el ordenador. Está asociada a la BIOS.

BIOS: Basic Input / Output System. 

Es una memoria especial que tiene toda la información necesaria para hacer funcionar el ordenador correctamente y gestionar las operaciones de entrada y salida.

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PERIFÉRICOS

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

De Entrada (Input)



De Salida (Output)



De Almacenamiento



De Comunicaciones

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Tendencias en las tecnologías de entrada MEDIOS / MÉTODOS DE ENTRADA

Primera generación

Segunda generación

Tercera generación

Cuarta generación

¿Quinta generación?

Tarjetas perforadoras, Cinta de papel

Tarjetas perforadoras

Ingreso de datos por medio del teclado

Ingreso de datos por medio del teclado Dispositivos apuntadores Escáner óptico

Reconocimiento de voz, Dispositivos sensibles al tacto, Reconocimiento de escritura manual

TENDENCIA: hacia dispositivos de entrada directos que sean más naturales y fáciles de utilizar

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Periféricos de Entrada (Input) TECLADO PORTÁTIL

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TECLADO ENROLLABLE

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TECLADO VIRTUAL LASER

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MOUSE

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Tendencias en las tecnologías de salida MEDIOS / MÉTODOS DE ENTRADA

Primera generación

Segunda generación

Tercera generación

Cuarta generación

¿Quinta generación?

Tarjetas perforadoras, Informes y documentos impresos

Tarjetas perforadoras, Informes y documentos impresos

Tarjetas perforadoras, Informes y documentos impresos, Presentaciones de video

Presentaciones de video, Respuestas de audio, Informes y documentos impresos

Presentaciones de video, Respuestas de voz, Documentos multimedia hiperenlazados

TENDENCIA: hacia dispositivos de salida directos que comuniquen de manera natural, rápida y clara

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Periféricos de Salida (Output) Matricial

Inyección de Tinta Monitor

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Láser

Plotter

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Tendencias en los medios de almacenamiento primario y secundario ALMACENAMIENTO

PRIMARIO

Primera generación

Segunda generación

Tercera generación

Cuarta generación

¿Quinta generación?

Núcleo magnético

Núcleo magnético

Núcleo magnético

Memoria semiconductora LSI

Memoria semiconductora VLSI

TENDENCIA: Hacia grandes capacidades utilizando circuitos microelectrónicos más pequeños ALMACENAMIENTO

SECUNDARIO

Cinta magnética Tambor magnético

Cinta magnética Disco magnético

Disco magnético Cinta magnética

Disco magnético Disco Óptico

Disco óptico Disco magnético

TENDENCIA: Hacia capacidades gigantescas utilizando medios magnéticos y ópticos

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Periféricos de Almacenamiento

CD-Writer Zip

Tape Backup

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Periféricos de Comunicaciones

Switch

Tarjeta de Red

Módem

Hub Universidad Alas Peruanas

Evolución de las Computadoras

Los computadores han sufrido variaciones sustanciales en la tecnología de los elementos que los conforman, se denominan a estos cambios tecnológicos como: GENERACIONES

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ANTECEDENTES A principios del siglo XIX, el inglés Charles Babbage se adelantó a su época al diseñar la máquina diferencial y la máquina analítica, primeras computadoras mecánicas que, sin embargo, no fueron construidas en vida del científico. Babbage da el esquema básico de cómo debe ser un ordenador. Los ordenadores deben tener una unidad de entrada para introducir datos, una memoria donde almacenarlos, una unidad de control para regular la secuencia de las operaciones, una unidad aritmético-lógica para hacer las operaciones, y una unidad de salida para mostrar los resultados. Universidad Alas Peruanas

En 1890 la Oficina de Censos de Estados Unidos, ante la gran cantidad de datos que debía procesar se le ocurrió aprovechar el sistema de tarjetas perforadas creado por el francés Joseph Marie Jacquard . Cada pregunta se respondía con un sí (un agujero) o un no (sin agujero), nace así la codificación binaria de la información. En 1891 se construyó la máquina analítica, que se programó mediante fichas perforadas, gracias a la idea de la condesa Ada Lovelace que sugirió el uso tarjetas de manera repetida con un propósito similar al que tienen las subrutinas de hoy en día. Ada Lovelace está considerada la primera programadora de la historia. A comienzos del siglo XX los aparatos administrativos, tanto de los Estados como de las empresas, y el desarrollo militar, se vuelven demasiado complejos. Cada día es más perentorio inventar un sistema eficaz de tratamiento automático de la información. A principios de los años 40, Howard H. Aiken, de la Universidad de Harvard, construyó el primer ordenador moderno, Mark I, que funcionaba con relés, se programaba con interruptores y leía los datos de cintas de papel perforado.

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Primera Generación 1940-1960  Tubos de vacío y Núcleos Magnéticos • 1944 Univ. Harvard: Mark I. • 1947 Univ. Pennsylvania: ENIAC. • John von Neumann: sus ideas resultaron tan fundamentales para el desarrollo posterior que es considerado el padre de las computadoras. • 1950 Neumann: EDVAC y

 Uso de tarjetas perforadas para programación y data Universidad Alas Peruanas

Segunda generación 19601965 • En 1947, los físicos estadounidenses John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain descubrieron el transistor. • Se cambió los tubos de vacío por transistores (dispositivo electrónico formado por un cristal de silicio, 200 VECES MAS PEQUEÑO). • Su aparición hizo que las computadores fuesen más rápidas, pequeñas y baratas. • Se desarrollaron lenguajes de programación como Assembler • El primer ordenador a transistores fue el 1401, Universidad Alas Peruanas construido por IBM, que salió al mercado en 1960

Tercera generación 1965-1975 • A mediados de los años 60 se produjo una nueva revolución. A partir de esta fecha, empezaron a empaquetarse varios transistores diminutos y otros componentes electrónicos en una sola pastilla, que contenía en su interior un circuito completo : los circuitos integrados. • Mayor número de programas y lenguajes: Cobol, Fortran y la aparición de los terminales para transmitir datos al procesador central a distancia, o viceversa. Universidad Alas Peruanas

• En 1965, IBM construye máquinas con circuitos

Cuarta generación 1975-1990 • Durante los años setenta, las técnicas de empaquetado de circuitos mejoraron hasta el punto de que los transistores y otros componentes electrónicos llegaron a hacerse microscópicos, introduciéndose miles de ellos, y hasta millones, en una sola pastilla. Es el microprocesador. • Nuevos lenguajes de programación Logo, Pascal, Basic, bases de datos. • Surgen terminales inteligentes con memoria propia. • Se abre una nueva era con la aparición de las Computadoras Personales o Personal Computer (PC).  En 1976 Steve Wozniak y Steve Jobs fabrican en el garaje de su casa la primera microcomputadora Apple I del mundo y más tarde fundan la compañía Universidad Alas Peruanas Apple.

¿Quinta generación 1990-hoy? Llegan los generación.

microprocesadores

de

nueva

La velocidad se dispara y se suceden las sucesivas generaciones de microprocesadores, se generaliza el ordenador personal. Conforme avanzan los años la velocidad y el rendimiento de los microprocesadores es mayor gracias a los avances en la microelectrónica. Hay que destacar que por otro lado otras Universidad Alas Peruanas empresas continúan trabajando en

Clasificación de las Computadoras Por su tamaño Por su codificación Por su aplicación

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Por su Tamaño 

 





 

Supercomputadoras son computadoras con capacidades computacionales muy superiores a las comúnmente disponibles en la época en que fue construida : actualmente billones de operaciones de coma flotante por segundo, varios teraflop. El diseño de Supercomputadoras se sustenta en 3 importantes tecnologías: La de Registros Vectoriales, creada por Seymour Cray, considerado el padre de la Supercomputación, quien inventó tecnologías que condujeron a la creación de máquinas de computación ultra-rápidas. El sistema M.P.P. (Massively Parallel Processors) que consiste en la utilización de cientos y a veces miles de microprocesadores estrechamente coordinados. Clusters de ordenadores de uso general y relativo bajo costo, interconectados por redes locales de gran ancho de banda. Cuentan con un control de temperatura especial (líquido refrigerante) Universidad Alas Peruanas ¿Usos?



Supercomputadora IBM BlueGene/L del Departamento de Energía de EEUU, con una capacidad de procesamiento total de 136,800 GFLOPs. Esta supercomputadora usa 65,536 procesadores PowerPC 440 de 700 MHz con capacidad para 2.8 GFLOPs. Universidad Alas Peruanas

Macrocomputado ras (Mainframes) Son computadores grandes, potentes y caros usados principalmente por grandes compañías para el procesamiento de grandes cantidades de datos, por ejemplo, el procesamiento de transacciones bancarias. La capacidad de un ordenador central no se define tanto por la velocidad de su CPU como por su gran memoria interna, su alta y gran capacidad de almacenamiento externo y sus resultados en los dispositivo E/S rápidos y considerables así como el soporte on line (hot). Universidad Alas Peruanas

Macrocomputado ras (Mainframes) 







Los superordenadores suelen explotar paralelismos masivos, a menudo con miles de procesadores, mientras que los mainframes tienen un pequeño número de procesadores (como mucho varias docenas). Debido al paralelismo visible al programador, los superordenadores son muy complicados de programar; en los mainframes el limitado paralelismo está normalmente escondido del programador. Los superordenadores son optimizados para cálculos complicados que tienen lugar sobre todo en la memoria, mientras que los mainframes son optimizados para cálculos simples que implican grandes cantidades de datos externos a los que se accede desde bases de datos. Los superordenadores suelen dedicarse a la ciencia y al ejército, mientras que los mainframes suelen dedicarse a las empresas y las aplicaciones administrativas del gobierno. Universidad Alas Peruanas

Macrocomputado ras (Mainframes)      

IBM System Series z9 109 Modelos de Hardware : S08, S18, S28, S38, S54 DE 1 a 54 procesadores Ram : 512GB máximo Peso : 1740 kg máximo Sistemas operativos : z/OS, z/VM, Red Hat RHEL 3, SUSE SLES 8, entre otros.

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Minicomputad oras • Actualmente más conocidos como servidores, los miniordenadores llenan el área central entre los microordenadores de poca potencia y los mainframes de gran capacidad. Algunos modelos : IBM AS/400 y RS/6000 Hewlett-Packard HP3000 Trabajan con sistemas operativos como : Unix , Solaris, Linux y FreeBSD. La serie de sistemas operativos Microsoft Windows, a partir de Windows NT Universidad Alas Peruanas

Minicomputa doras

RAM medida en GB

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Microcomputad oras Son computadoras (personal computer) (desktop).

personales de escritorio

Más accesibles para cualquier tipo de usuario. En un principio solo era posible utilizarlas en ambiente monousuario, pero hace ya bastante tiempo pueden ser utilizadas en ambientes multiusuario incluso como servidores de una red de computadoras. Universidad Alas Peruanas

Por su Codificación Analógicas – Representan los números mediante una cantidad física (medición); como la longitud, el ángulo, cantidad de voltaje. No son muy precisas pero sí muy rápidas. Algunos ejemplos de ordenadores analógicos son: Predictores de marea , Ordenador de datos del objetivo para submarinos , Modelo Hidráulico de la economía del Reino Unido

Digitales – Son aquellas que representan los valores como dígitos binarios, es decir en 0 y 1. La mayoría de las computadoras trabajan bajo el sistema binario. Son muy precisas pero no tan rápidas.

Híbridas

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– Tienen la velocidad de las analógicas y la precisión de las

Por su Aplicación 

General –



Pueden almacenar grandes cantidades de información y los grandes programas necesarios para procesarla.

Especial –

Se diseñan para manejar problemas específicos. 

Ejemplos: –

Un simulador de vuelo, administración de plantas nucleares, los vuelos espaciales, exploración marina, petrolera, etc.

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Fin

(70 diapositivas)

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