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INTRODUCCIÓN A LA COMPUTACIÓN

En Ingeniería, las ciencias de la computación han permitido acelerar el progreso de la tecnología en distintas disciplinas. En casos concretos, el avance a nivel de las ciencias de los materiales y la nanotecnología, la metalurgia, por ejemplo en la deformación plástica del acero y el aluminio, se debe en buena parte a los desarrollos en materia de computación a través de los sistemas operativos de tiempo real y las aplicaciones que permiten el control de máquinas, herramientas e instrumentos de laboratorio, así como de programas de simulación. En el caso de la ingeniería eléctrica, los modernos simuladores de datos en tiempo real permiten reproducir en laboratorio, condiciones propias del Sistema Eléctrico Nacional (SEN) en nuestro país, y así evaluar la estabilidad dinámica de dicho sistema, con el propósito de identificar problemas en la red y proponer mejoras. En ingeniería mecánica, en las áreas de diseño y fabricación de máquinas y estructuras, hoy por hoy es muy común el uso de programas de simulación que permiten, mucho antes de solicitar la fabricación de un prototipo, comprobar el funcionamiento de la máquina, o someter a esfuerzos y tensiones la estructura modelada. En ingeniería industrial, los algoritmos de optimización como el método simplex para evaluar el impacto en el costo final de un producto o servicio en función de un proceso industrial y sus materias primas. Y en el caso de la electrónica, en la actualidad existe una simbiosis entre el avance de la computación y la posibilidad de diseñar y fabricar hardware más eficiente en términos económicos, de desempeño, de espacio físico ocupado y de consumo energético, que al final de cuentas se traduce en hardware que permitirá el desarrollo de sistemas computacionales más eficientes.

1. CONCEPTO DE COMPUTADORA Una computadora es un dispositivo electrónico el cual acepta datos de entrada, los procesa y produce información a partir de estos datos. En un concepto más general se llama computadora a todo dispositivo que permite el procesamiento de información. Pero, ¿qué significar procesar información?, procesar información consiste en aplicar una serie ordenada de pasos mediante los cuales se puede conseguir resultados. Cuando hablamos de procesar información dentro de las computadoras normalmente nos referimos a sumar, restar, multiplicar, dividir y sacar operaciones aritméticas, operaciones lógicas, almacenar, clasificar, seleccionar y combinar datos.

2. HISTORIA DE LA COMPUTADORA La historia del procesamiento de información mediante dispositivos se remonta a la época del ábaco en la antigua china, sin embargo la historia de la computadora moderna se puede resumir hasta el momento en 5 generaciones de computadoras, cuyas características más resaltantes se describen a continuación:

1º GENERACIÓN DE COMPUTADORAS Esta generación se inicia desde 1951 hasta 1958, con la creación de la UNIVAC (primera computadora comercial), la cual se caracterizaba por poseer "tubos de vacío" también llamados “bulbo electrónico”. Estas computadoras con bulbos ocupaban espacios bastantes grandes si se compara con las actuales, consumiendo una cantidad de electricidad impresionante y liberando a su vez una gran cantidad de calor, lo cual obligaba a sistemas de refrigeración en sus espacios. Su almacenamiento interno se lograba con tambores magnéticos que giraban rápidamente, sobre el cual un dispositivo de lectura/escritura colocaba marcas. Dado el gran espacio que ocupaban, su uso se restringía al ámbito científico y militar.

2º GENERACIÓN DE COMPUTADORAS Esta generación abarca desde 1959 hasta 1964 y esta marcada por el nacimiento del transistor como elemento sustitutivo de los bulbos electrónicos. Los transistores ocupaban menos espacio y consumían menos electricidad, lo que produjo una ganancia en el espacio y consumo de electricidad en esta generación de computadoras. Los transistores basados en materiales semiconductores presentaban un margen de error mucho menor y fiabilidad considerablemente mayor a los bulbos de vació y la velocidad de trabajo era también sensiblemente mayor. En resumen, los transistores significaron menor consumo de electricidad, mayor densidad de componente por centímetro cuadrado así como mayor confiabilidad y velocidad en el procesamiento de información; la velocidad de las computadoras dejó de medirse en instrucciones por segundos y empezó a medirse en miles de instrucciones por segundo.

Otra característica importante de esta generación de computadoras es el nacimiento de los lenguajes de programación de alto nivel, es decir, el idioma con que se elaboraban los programas de computadoras se comienza a estandarizar.

3º GENERACIÓN DE COMPUTADORAS Esta generación de computadora se encuentra entre los años 1964 y 1971, nace con la aparición del circuito integrado que implica la miniaturización y reunión de centenares de componentes en una pequeña pastilla de silicio. Entre las características que mas resaltan en esta generación se encuentran:  Disminución severa del consumo de energía eléctrica  Se aprecia una mayor reducción del espacio que ocupan los equipos de computación  Aumenta la capacidad de almacenamiento y se reduce el tiempo de respuesta.  Generalización de lenguajes de programación de alto nivel, lo que produjo mayor compatibilidad para compartir software entre diversos equipos. Dado que los programas que se realizaban en un lenguaje de programación permitían migrarlos a otras computadoras.  Nace la Multiprogramación, capacidad que tiene una computadora para procesar varios programas de manera simultánea. Se inicia el tiempo Compartido, lo cual es el uso de una computadora sola por distintos clientes, pues la computadora diferencia y es capaz de ejecutar entre diversos procesos que realiza.  Disminución del precio de las computadoras, lo que los acerca a mayor cantidad de usuarios.  Ampliación del uso de la computadora para resolver problemas industriales, científicos, económicos, etc.

4º GENERACIÓN DE COMPUTADORA Esta generación inicia en 1971 y finaliza en 1982, sus comienzos se dan con el nacimiento del microprocesador, por parte de la empresa Intel. El microprocesador es un circuito integrado que concentra las principales funciones de una computadora y que presenta un

esquema que facilita las interconexiones con otros elementos de hardware. Entre las características mas interesantes de esta generación se encuentran:  Aumenta la capacidad de almacenamiento y procesamiento  Se disminuye el precio y el tamaño de las computadoras, se minimizan la circuitería interna, haciéndolas mas accesibles a mayores áreas de la sociedad.  Se sustituyen las memorias electromecánicas, por memorias electrónicas de mayor velocidad (memoria principal).  Se da una expansión masiva del uso de la computadora en todas las aéreas de la sociedad: comercio, agricultura, ingeniería, medicina, diseño, educación, etc. Nace la computadora personal que ha dado inicio a la revolución informática y de las comunicaciones en el mundo.

5º GENERACIÓN DE COMPUTADORAS El inicio de dicha generación tiene por hito, la creación en 1982 de la primera supercomputadora con capacidad de procesamiento paralelo. Esta generación de computadores se caracteriza por los siguientes avances:  Uso de tecnologías de muy alta y ultra-gran escala de integración en la micro electrónica, denominadas VLSI y ULSI, que permiten fabricas e instalar millones de transistores en el espacio de un centímetro cuadrado.  Desarrollo de Procesamiento paralelo, que se lleva a cabo en computadoras que tienen la capacidad de trabajar simultáneamente con varios microprocesadores y que permiten multiplicar la capacidad de procesamiento.  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. Este almacenamiento toma como medio, unidades magneto-ópticas.  Aplicación de la inteligencia artificial, que permite a las computadoras emular el pensamiento humano, con la capacidad de reconocer patrones y secuencias de procesamiento que hayan encontrado previamente, para así recordar resultados previos e incluirlos en el procesamiento. Es decir la capacidad de aprender y tomar decisiones en base al aprendizaje.  Reconocimiento y comunicación mediante lenguaje natural con las computadoras y el procesamiento avanzado de imagines y voz.

3. PARTES DE LA COMPUTADORA (SOFTWARE Y HARDWARE) Una computadora se puede dividir en dos partes bien definidas las cuales son: hardware y software. El hardware son todos los componentes físicos de la computadora, es decir todo aquello que tenga materia o masa, ejemplo monitor, teclado, case, ratón y toda parte que se pueda tocar. El software por el contrario es toda la información y las instrucciones (programas) que tiene la computadora y que hacen posible la operatividad de la computadora Una analogía a tales conceptos pudiéramos hacerla con una persona, en este caso el hardware sería el cuerpo, todo aquello que tiene células. Mientras que el software son todas las habilidades y conocimientos que tiene dicha persona. Es interesante destacar que el software en la computadora es tan o más importante que el hardware de la misma, dado que se puede contar con una supercomputadora pero si esta no cuenta con ningún software la computadora será incapaz de procesar ningún tipo de información.

4. CLASIFICACIÓN DEL HARDWARE El hardware se puede clasificar en 6 categorías: DISPOSITIVOS DE ENTRADA: Son todos aquellos dispositivos que permiten al usuario el ingreso de información al computador. Entre estos dispositivos tenemos: el teclado, mouse, cámara web, micrófono, el scanner entre. También puede darse el caso, en ambientes industriales, en el que el computador esté conectado mediante, a equipos que permiten la adquisición y tratamiento de señales provenientes de sensores para monitoreo de procesos tales como manufactura automotriz, siderúrgicas, procesamiento de alimentos, electrodomésticos, industria petrolera. DISPOSITIVOS DE SALIDA: Son todos aquellos dispositivos que permiten sacar información del computador al usuario u otros equipos electrónicos que puedan hacer uso de dicha información. Entre estos dispositivos tenemos: el monitor, la impresora y las cornetas entre otros

DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO Son dispositivos que permiten almacenar información de manera permanente en la computadora como es el caso del disco duro, unidad de dvd, memorias USB, etc. MICROPROCESADOR Es el cerebro de la computadora, es la unidad encargada de ejecutar todas las actividades de procesamiento de datos (calcular, sincronizar seleccionar, etc) y coordina la entrada y salida de datos. Una de las características que distinguen a los procesadores es la velocidad del mismo, la cual se mide en Hz o ciclos por segundo. Esta es una medida del número de operaciones que realiza un procesador cada segundo que pasa. Adicionalmente, existen en la actualidad microprocesadores de múltiples núcleos, procesadores que en su interior cuentan con subprocesadores que pueden trabajar en paralelo la información. MEMORIA PRINCIPAL: También conocida como memoria de acceso aleatorio, RAM, es un dispositivo de memoria que utiliza el procesador para almacenar programas y datos de manera temporal. En esta se guardan los datos que están siendo trabajados por el procesador. Para que un programa pueda ser procesado es indispensable que sea transferido a la memoria principal. La memoria principal es un dispositivo de funcionamiento completamente electrónico, lo que da una gran velocidad a la hora de leer y escribir información en ella. El disco duro sin embargo es un dispositivo de almacenamiento que guarda información basándose en un pequeño motor que gira discos magnéticos sobre los cuales se lee y escribe la información. Inicialmente, los procesadores almacenaban y leían información directamente del disco duro. Sin embargo debido a que la velocidad de los procesadores fue incrementándose, la velocidad del disco duro se hizo insuficiente y de allí nació la necesidad de la memoria RAM. Con el progreso tecnológico en la industria de los semiconductores, la velocidad de los procesadores superó con creces la velocidad de las memorias de acceso aleatorio, y resolver esta cuestión se tornó en un problema de costos. La solución encontrada fue la incorporación de la memoria Caché, que se ubica dentro del microprocesador y es más rápida que la RAM, pero de menor capacidad de almacenamiento. En ella, se guardan los datos más frecuentemente utilizados por el sistema operativo, y son una copia de parte de los datos contenidos en la RAM.

TARJETA MADRE: Es una circuito electrónico que sirve para interconectar los componentes de hardware que constituyen el ordenador. Es una parte fundamental a la hora de armar una PC de

escritorio o portátil. Posee una serie de dispositivos, entre los que se encuentra el chipset que sirve como centro de conexión entre el microprocesador y la memoria principal Va instalada dentro de una caja normalmente metálica llamada case y que por lo general está hecha de chapa y tiene un panel para conectar dispositivos externos y muchos conectores internos y zócalos para instalar componentes dentro del case. 5. CLASIFICACIÓN DEL SOFTWARE. El Software se puede clasificar según su uso en: Software de Aplicaciones: Son todos aquellos programas que se elaboran con el objetivo de cubrir las necesidades del hombre, facilitando: la redacción de documentos, realizar cálculos, realizar presentaciones, actividades de esparcimiento como el juego y la música, comunicarse con otras personas, acceder a información, tomar decisiones, entre otras. En resumen son todos aquellos programas que buscan cubrir una necesidad del ser humano. Software de Sistemas: Son aquellos programas diseñados para que el computador funcione correctamente, entre este tipo se encuentran los sistemas operativos y los drivers o controladores de dispositivos, como cámaras, scanner, etc. Este tipo de software se distingue de los otros, porque la computadora no puede funcionar correctamente si estos no se encuentran instalados en la misma. Lenguajes de programación: Es un conjunto de instrucciones que permite a un humano dar órdenes a una computadora, para que ejecute una tarea específica. El lenguaje de programación usa palabras del lenguaje natural, por lo tanto es fácil de usar. Como ejemplos de lenguajes de programación se tienen, Basic, COBOL, FORTRAN, Ada, C++, Java, Pascal, etc. Cada lenguaje tiene un vocabulario y unas reglas de sintaxis únicas, para organizar las partes de un programa. Los lenguajes de programación permiten especificar sobre qué datos debe operar una computadora, cómo deben ser almacenados o transmitidos y qué acciones debe tomar bajo una variada gama de circunstancias. Todo esto, a través de un lenguaje próximo al lenguaje humano o natural.

6. TIPOS DE COMPUTADORAS Las computadoras se pueden clasificar en: SUPERCOMPUTADORAS Son computadoras con una capacidad inmensa de procesamiento en un tiempo de microsegundos, son las computadoras de mayor potencia en el mercado. Generalmente las supercomputadoras son diseñadas y elaboradas de manera única para resolver una necesidad específica, entre las cuales se pueden mencionar: simulación de energía nuclear, predicciones climáticas a largo plazo, simuladores de estructuras y equipos como aviones de combate y vehículos de carrera. Su precio está en el orden de las decenas de millones de dolares y para programar dichas máquinas se requiere personal especializado. MAINFRAMES: Los mainframes son computadores de gran capacidad, que están diseñados para tratar cientos de usuarios simultáneamente y cientos de dispositivos de entrada – salida. Este tipo de máquinas se utiliza en organizaciones en las cuales una cantidad múltiple de usuarios requiere acceso a la información. Su capacidad se define tanto por la velocidad de su CPU como por su gran memoria interna, su alta y gran capacidad de almacenamiento externo, su velocidad de respuesta, la alta calidad de su ingeniería interna tiene como consecuencia una alta fiabilidad y soporte técnico caro pero de gran calidad. Las reparaciones del mismo pueden ser realizadas mientras está funcionando, dado que normalmente en estos equipos es indispensable la disponibilidad las 24 horas del día los 7 días de la semana, dado la importancia crítica de los procesos que manejan. La diferencia entre supercomputadores y mainframe no es muy simple, pero generalmente se puede decir que las supercomputadoras se centran en los problemas limitados por la velocidad de cálculo, mientras que las mainframe se centran en problemas limitados por los dispositivos de E/S y la fiabilidad. En resumen este tipo de computadores son equipos de alta capacidad diseñados para satisfacer las necesidades de grandes empresas, requieren de condiciones especiales de espacio y temperatura y su precio varía entre las decenas de miles hasta millones de dólares dependiendo de la potencia de la máquina. Como ejemplo de organizaciones donde se utilizan están: bancos, organizaciones gubernamentales, instituciones militares, industria manufacturera.

ESTACIONES DE TRABAJO Es un ordenador de altas prestaciones destinado a trabajo técnico o científico. A diferencia de otro tipo de computadoras, las estaciones de trabajo están normalmente conectadas físicamente a otras computadoras a las cuales les brindan un servicio. Los componentes con que se elaboran las estaciones de trabajo presentan altos niveles de rendimiento informático, al tiempo que ofrecen, compatibilidad, escalabilidad y arquitectura avanzada ideales para entornos multiproceso. Una de las características que distingue a las estaciones de trabajo es que el hardware de las mismas está optimizado para situaciones que solicitar alta confiabilidad, en las cuales se mantienen operativas, situaciones para las cuales cualquier computadora personal dejaría de responder. Adicionalmente las estaciones de trabajo están diseñadas para ambientes multiusuario, es decir, varios usuario trabajando haciendo uso simultáneamente del equipo, característica que no está disponible en las computadoras personales COMPUTADORA PERSONAL También conocida como PC, es un equipo diseñado para ser usado por una sola persona a la vez, es de pequeñas dimensiones y capacidades de procesamiento limitadas, normalmente se encuentra provista para cumplir tareas comunes de oficinas y hogares modernos, entre los cuales se encuentra navegar por Internet, elaborar documentos y actividades lúdicas y procesamiento de datos de mediano tamaño. Sus precios son accesibles a una cantidad significativa de personas, por lo cual se han vuelto muy populares en casi todos los hogares.

7. SISTEMAS DE NUMERACIÓN 7.1 Sistema Decimal El sistema decimal es un sistema de numeración en el que las cantidades se representan utilizando como base el número diez, se compone de las cifras: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} Este conjunto de símbolos se denomina números arábigos. Es el sistema de numeración usado habitualmente en todo el mundo y en todas las áreas que requieren de un sistema de numeración. El sistema decimal es un sistema de numeración posicional, por lo que el valor del dígito depende de su posición dentro del número

7.2 Sistema Binario Es un sistema de numeración en el que las cantidades se representan utilizando solamente los dígitos cero y uno (0 y 1). Es el que utilizan las computadoras, debido a que trabajan internamente con dos niveles de voltaje, por lo cual su sistema de numeración natural es el sistema binario (encendido 1, apagado 0). 7.3 Conversión entre Sistemas DECIMAL A BINARIO Se divide el número entre 2, el resultado entero se vuelve a dividir entre 2, y así sucesivamente hasta que el dividendo sea menor que el numero 2. Es decir, se finaliza cuando el número a dividir sea 1 o 0 finaliza la división. A continuación se ordenan los residuos de las divisiones empezando desde el último al primero, simplemente se colocan en orden inverso a como aparecen en la división y se les da la vuelta. Ejemplo, Transformar el número decimal 131 en binario: 131 dividido entre 2 da 65 y el resto es igual a 1 65 dividido entre 2 da 32 y el resto es igual a 1 32 dividido entre 2 da 16 y el resto es igual a 0 16 dividido entre 2 da 8 y el resto es igual a 0 8 dividido entre 2 da 4 y el resto es igual a 0 4 dividido entre 2 da 2 y el resto es igual a 0 2 dividido entre 2 da 1 y el resto es igual a 0 1 dividido entre 2 da 0 y el resto es igual a 1 Ordenamos los residuos, del último al primero, obteniendo el número binario equivalente: 10000011

BINARIO A DECIMAL Para realizar la conversión de binario a decimal, se deben dar los siguientes pasos: 1. Inicie por el lado derecho del número en binario, cada cifra multiplíquela por 2 elevado a la potencia consecutiva, comenzando por la potencia 0, 20. 2. Después de realizar cada una de las multiplicaciones, sume las cantidades y el número resultante será el equivalente al sistema decimal.

Ejemplo

8. SISTEMA OPERATIVO Es el programa más importante y complejo en una computadora, se encarga de coordinar y organizar todas las actividades que se realizan. Su tarea principal consiste en ser el intermediario entre el usuario y el hardware de la computadora. Dentro de sus funciones se encuentran: 

Es el primer programa que se ejecuta al encenderse la computadora y tiene por tarea reconocer todos los dispositivos que están conectados a la computadora, memoria, microprocesador, teclado, etc.



Coordinar el hardware de la computadora: memoria, impresora, ratón, teclado, disco duro, etc. para que el funcionamiento e información de estos equipos se encuentren organizados.



Organizar y administrar la información de la computadora, el sistema operativo es el programa que le asigna espacios en memoria a los datos y conoce en donde se encuentra todos y cada unos de los datos e información que se encuentra en la computadora



Proporcionar una interfaz o un medio mediante el cual usuario y hardware se pueden comunicar, sin el sistema operativo no hay posibilidad de que el usuario se comunique con el hardware de la computadora

Entre los sistemas operativos mas difundidos se encuentran Windows, MacOs, Linux y Unix.