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Introducción a los Sistemas de Computación Herramientas Informáticas I Prof. Ing. Norma Cañizares Evolución de las Computadoras Antecedentes de las Computadoras. Generaciones de Computadoras. Antecedentes de las Computadoras Abaco Pascalina Maquina de multiplicar de Leibniz El Abaco es un dispositivo que sirve para efectuar operaciones aritméticas sencillas (sumas y restas). La historia le atribuye el invento tanto a los chinos en el año 1300 a.C., como a los babilonios aproximadamente en el año 3500 a.C. En 1642, el joven francés BLAISE PASCAL al ver que su padre tenia problemas para llevar una correcta cuenta de los impuestos que cobraba inventa una maquina calculadora que trabajaba en base de engranajes, la misma que Pascal la llamo con el nombre de PASCALINA. Este dispositivo podía efectuar operaciones de sumas y restas. En 1671, el filosofo y matemático Leibniz, avanzo en el diseño de la maquina anterior, le añade además de la suma y la resta, la multiplicación, división y raíz cuadrada. http://www.google.com.co/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&docid=afI1ZdiVkj8XPM&tbnid=3_hSou6lbcMPPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.geocities.ws/yakovperelman1/aritmeticarecreativa/aritmeticarecreativa02.html&ei=17oCU6yHMYS4kQfg-YCoAg&psig=AFQjCNH_F4XeJQM_CDENeIDUxb7fYlur8g&ust=1392774221302620 Maquina de Telar de Jacquard En 1805 el Francés Joseph Marie Jacquard inventa una máquina de telar. Una de las ventajas era que a través de tarjetas perforadas la maquina era capaz de crear diferentes patrones en las telas. Las tarjetas perforadas contenían orificios, los cuales la maquina era capaz de leer y así efectuar el tipo de patrón que se le había indicado. En 1823 Charles Babbage, matemático y científico ingles, diseña una maquina analítica concebida para realizar cálculos, almacenar y seleccionar información, resolver problemas y entregar resultados impresos. Este concepto, con respecto a la simple calculadora, le valió a Babbage para ser considerado el precursor de la PC. Ada Augusta Byron, colabora con Babbage, creando programas para la maquina diferencial. Es reconocida como la 1era programadora de computadoras. Pese a su increíble concepción, esta maquina, que se parecía mucho a una computadora, nunca se construyo por falta de recursos económicos. Máquina Analítica de Babbage Antecedentes de las Computadoras Maquina tabuladora de Hollerith En 1887, Herman Hollerith combina los conceptos de Babbage y Jacquard para diseñar un equipo electromecánico, esto creado para la oficina del censo de 1890 de EEUU. El sistema que utilizaba Hollerith ordenaba y enumeraba las tarjetas perforadas que contenía los datos de las personas censadas, fue el primer uso automatizado de una maquina. Se necesitaron 6 semanas para mostrar los primeros resultados. Antecedentes de las Computadoras Generaciones de Computadoras Generaciones de Computadoras Hasta la aparición y desarrollo de la Electrónica se puede afirmar que no existieron computadoras tal y como se las considera hoy en día. A partir de ese momento (1945 / 50), la historia de las computadoras, dividida en generaciones, estuvo íntimamente ligada a los avances tecnológicos de la Electrónica. Por lo tanto, para determinar el cambio de una generación a la siguiente, mínimamente se deben cumplir 2 condiciones: • La forma en que están construidas: haciendo referencia a los componentes electrónicos empleados para su construcción. • La forma en que el usuario se comunica con las computadoras. Primera Generación 1938 - 1952 Primera Generación •Usaban Tubos al Vacío para procesar la información. • Se controlaban por tableros de conexión. • Las funciones básicas de la maquina eran controladas por programas escritos en lenguaje máquina. No existían los Sistemas Operativos. • La implementación de los programas se realizaba de manera manual a través de los tableros de conexión. • Los datos eran ingresados a través de tarjetas perforadas. •Maquinas con programación enfocada a cálculos numéricos básicos. • Estas máquinas se colocaban en centros de cómputo con clima controlado y personal técnico para programarlo y mantenerlo en operación. • Eran muy grandes, costosas, consumían mucha electricidad y producían mucho calor. Por lo mismo, pocas instituciones podían invertir en una computadora de estas características. Medía 15 metros de largo, 2.40 m. de altura y pesaba 5 toneladas. La Mark I usaba relés electromecánicos para resolver problemas de suma en menos de un segundo, 6 segundos para multiplicación y el doble de tiempo para la división. Muchísimo mas lenta que una calculadora de bolsillo del presente. Mark I de IBM Primera Generación El Colossus Durante la II Guerra Mundial (1939-1945), un equipo de científicos y matemáticos que trabajaban en Bletchley Park, al norte de Londres, crearon lo que se consideró el primer ordenador digital totalmente electrónico. Hacia diciembre de 1943 el Colossus, que incorporaba 1.500 válvulas o tubos de vacío, era ya operativo. Descifrador de códigos de propósito especial fabricado por los británicos. Fue utilizado por el equipo dirigido por Alan Turing para descodificar los mensajes de radio cifrados de los alemanes. . ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer balísticos, o de la trayectoria de los mísiles. El ENIAC contenía 18.000 válvulas de vacío, y para programarlo había que cambiar manualmente el cableado. Su construcción inició en 1940 en la Universidad de Pensylvania por John Mauchly y J. Presper Eckert. Medía 2.40 de ancho por 30 metros de largo y pesaba 80 toneladas. La ENIAC podía resolver 5,000 sumas y 360 multiplicaciones por segundo, pero su programación era terriblemente tediosa y debía cambiársele de tubos continuamente fue empleada por el ejército exclusivamente para cálculos El ENIAC Primera Generación En realidad EDVAC fue la primera verdadera computadora electrónica digital de la historia, tal como se le concibe en estos tiempos y a partir de ella se empezaron a fabricar arquitecturas más completas. Fué el primer equipo con capacidad de almacenamiento en memoria e hizo desechar a los otros equipos que tenían que ser intercambiados o reconfigurados cada vez que se usaban. Este concepto, de programas y datos almacenados en la memoria interna fueron descriptos en la Arquitectura de Von Neumann. En lugar de usar decimales la EDVAC empleaba números binarios. El EDVAC Primera Generación Modelo de Von Neumann En 1947 se publicó un informe en el que se establecieron los fundamentos de las computadoras actuales. Los dos puntos principales fueron: • Concepto de programa almacenado. • Utilización del sistema binario de numeración. El esquema propuesto, conocido como “modelo de Von Neumann” se usó por vez primera en la máquina IAS (Institute for Advanced Studies), de la Universidad de Princeton. Primera Generación La primera computadora electrónica comercial, la UNIVAC I, fue también la primera capaz de procesar información numérica y textual. En la ilustración vemos una UNIVAC. La computadora central está al fondo, y en primer plano puede verse al panel de control de supervisión. Remington Rand entregó su primera UNIVAC a la Oficina del Censo de Estados Unidos en 1951. Universal Automatic Computer El UNIVAC I Primera Generación 1953-1962 •Circuitos electrónicos basados en transistores, mas rápidos, pequeños y confiables que los tubos de vacío y con menor consumo de energía. •Almacenamiento en tarjetas y cintas magnéticas. •Surgimiento de lenguajes de alto nivel, tales como FORTRAN, COBOL. •Aparecen los Sistemas Operativos por lotes, cuya base de funcionamiento es el uso de una pieza de software denominado Monitor Residente. •Usos científicos, militar,administrativos. Segunda Generación 1963-1971 Tercera Generación • Se desarrollaron circuitos integrados para procesar información. • Dos tendencias de desarrollo: Cálculos Científicos y Tratamiento masivo de datos. • Surge las Familias de Computadores: misma arquitectura, diferente precio y prestaciones. • Surge la multiprogramación y los Sistemas de tiempo compartido. • Técnica Spooling (grabado de tarjetas a discos). • Emerge la industria del "software". Lenguajes estructurados : Basic y Pascal. Aplicaciones de Multiusuario. • Otra vez las computadoras se tornan más pequeñas, más ligeras y más eficientes. • Consumían menos electricidad, por lo tanto, generaban menos calor. http://www-etsi2.ugr.es/alumnos/mlii/ 1972-1987 Cuarta Generación • Los Circuitos electrónicos se basan en microprocesadores y chips con un alto nivel de integración (LSI), rápidos, pequeños, económicos y de bajo consumo de energía. • La memoria RAM es de semiconductores, mas veloz y pequeña, de mayor capacidad pero volátil. • Computadoras personales y Workstations. • Industria del software, user-friendly (amigable para el usuario), los usuarios no tienen que saber nada sobre informática. • Sistema Operativo: el MS-DOS (PCs Intel 8088 y 8086) y el UNIX. • Redes de Computadoras: SO en Red y SO Distribuidos. "Los artífices de la computadora Apple": El cofundador de Apple Computer Steven Jobs (izquierda), el director ejecutivo John Sculley (centro) y el cofundador Stephen Wozniak (derecha) aparecen en la presentación de la computadora Apple IIc, en 1984. Quinta Generación 1987- 1999 La quinta generación de computadoras tiene como principal característica la inclusión de la inteligencia artificial. Características : • Aparición de supercomputadoras: Sistemas compuestos por varios procesadores (Multiprocesadores). Sistemas Operativos multiprocesadores. • Estas maquinas se caracterizan por el procesamiento paralelo masivo. • Surge la inteligencia artificial: Sistemas expertos, Redes neuronales, Robótica. • Utilización del lenguaje natural. Integración de datos, imágenes y voz (entornos multimedia). • Hace aparición la fibra óptica, telecomunicaciones. • Se diseñan módulos de memoria compartida: Inserción de una memoria cache ultrarrápida entre la memoria principal y la CPU. • Aparece el “CD”. Los hechos que caracterizan a la sexta generación son: • Multiprocesamiento: Se acentúa el desarrollo del multiprocesamiento en Procesadores Multinucleo. Multiprocesamiento es la capacidad de un procesador para realizar varias tareas al mismo tiempo. • Conectividad global: poder estar conectado a cualquier parte del mundo, es decir, el auge de Internet. Características: • Se caracteriza por la evolución de las comunicaciones a la par de la tecnología. • La miniaturización de componentes en las máquinas, y su reducción en costo conllevan a sistemas de alta capacidad. • El uso de redes se hace común, con grandes velocidades y la integración de servicios de video de calidad, voz y otros datos multimedia en tiempo real. • Con la expansión de las redes, surge el procesamiento en paralelo a niveles masivos en la cual una cantidad infinita de computadoras cooperan realizando una tarea. • Internet invade el mundo doméstico generando nuevas alternativas en todas las actividades humanas. Sexta Generación 2000 - ……… Año de Inicio Hardware Software Entrada de Datos Almacenamiento de la Información Primera Generación 1938 Válvulas de vacío Lenguaje de máquina No existe Sistema Operativo Tablero de conexiones, luego Tarjetas Perforadas Tambor magnético Segunda Generación 1953 Transistores Lenguajes de alto nivel. Sistemas Operativos en lotes Tarjetas Perforadas cintas magnéticas Tercera Generación 1963 Circuitos Integrados (Chips) Sistemas Operativos en lotes multiprogramados y sistemas de tiempo compartido. Teclado Discos magnéticos Cuarta Generación 1972 Microprocesadores Sistemas Operativos en modo de texto y de Entorno Gráfico. Redes de computadoras: SO en red y SO distribuidos. Teclado, ratón Disquetes de 5 1/4 pulgadas y 3 1/2 pulgadas, además de los discos duros. También ya existían los CDs, pero no eran ampliamente usados. Quinta Generación 1987 Multiprocesadores (procesamiento en paralelo) Sistemas paralelos. Inteligencia Artificial (sistemas expertos, lenguaje natural, robotica y el reconocimiento de voz) Nuevos métodos de E/S: identificación del lenguaje oral, reconocimiento de formas, síntesis del lenguaje hablado, etc. . Además de todos los ya mencionados, comenzaron a utilizarse ampliamente los discos ópticos (CDs, DVDs, Blu-ray), memorias flash, almacenamiento online, etc. Evolución de las computadoras Sistema de Computación Definición de Sistema de Computación. Organización del Sistema de Computación Según la naturaleza de sus componentes. Según la función de sus componentes. Diferencia entre Datos e Información. Ciclo Básico de Operación de las Computadoras Definiciones Básicas Computación: Ciencia que estudia el procesamiento de la información mediante equipos electrónicos. Informática: Disciplina que estudia el tratamiento automático de la información utilizando dispositivos electrónicos y sistemas computacionales. Computadora: Equipo electrónico que procesa la información que se le proporciona y nos entrega resultados a través de empleo de programas. Programa: Secuencia de instrucciones que una PC puede interpretar y ejecutar de manera lógica a través de un lenguaje de programación. Sistema: Conjunto organizado de componentes, procedimientos, etc. que se integran para lograr un objetivo común. Sistemas de Computación Definición Es un conjunto de dispositivos electrónicos, que a través de procedimientos preestablecidos (programas), procesan y entregan información a partir de datos recibidos. Organización del Sistema de Computación Según a la naturaleza de sus componentes. Software: (Soft: suave y Ware: equipo) Es el conjunto de programas y utilidades que se encargan de explicar al hardware lo que tiene que hacer. Es decir la parte intangible o lógica del computador. Ej. Aplicaciones, Sistemas Operativos, etc. Hardware: (Hard: duro y Ware: equipo) Es el conjunto de elementos físicos que forman parte de la computadora. Es decir, es la parte tangible o física del sistema. Ej. Teclado, monitor, plaquetas, gabinete, unidad de disco, etc. Organización del Sistema de Computación • Según la función de sus componentes. Organización del Sistema de Computación Según la función de sus componentes. Unidad Central de proceso(CPU): Es la parte principal o cerebro del computador por ser la unidad que aloja al circuito más importante EL MICROPROCESADOR. Su misión es el procesamiento de datos. Unidades de Entrada: Es el conjunto de dispositivos por donde ingresan los datos y/o instrucciones para el proceso. Ej. Teclado, Joystick, Escáner, lapiz óptico , micrófono, etc. Unidades de Salida: Son los dispositivos que reciben los datos procesados para presentarlos al operador. Ej. Monitor, trazador o plotter, impresora, parlantes, etc. Unidades de Entrada/Salida Son aquellas donde los mismos dispositivos pueden comportase de una u otra forma, según como sean activados por la CPU. Ej MODEM, pendrive, etc. Interconexión: Los canales de interconexión entre las unidades se conocen generalmente como buses, y son las vías a través de las cuales se comunican las distintas unidades integradas al sistema, casi siempre bajo el control de la CPU. Memoria Central: también denominada memoria interna o principal. Es la encargada de almacenar los programas y los datos de estos, necesarios para que el sistema informático realice un determinadotrabajo. Una característica importante es que es volátil, es decir al cortar la energía eléctrica se borra el contenido almacenado en ella. Almacenamiento secundario(memoria auxiliar): son medios de almacenamiento externo, permiten el almacenamiento masivo de información. Su principal importancia radica en que permiten almacenar información a lo largo del tiempo, recuperándola cuando sea necesario y sin que se pierda aunque el dispositivo quede desconectado de la red eléctrica. Ej.: discos duros, CD, DVD, pendrivers, etc. Datos e Información. Un DATO constituye un hecho o acontecimiento medido y registrado, o sea la representación de algo que ocurre o la descripción de un objeto o de su estado. Por lo tanto, un dato no constituye algo significativo como para posibilitar una decisión ya que constituye una simple descripción o representación de hechos, acontecimientos o estados. Esa significación o valor la otorgará un proceso determinado que lo transformará al dato en información, o sea: Dato ---> Proceso ---> Información La INFORMACIÓN es entonces lo que se deriva de la recopilación, análisis o resumen de los datos en forma inteligible o significativa, de manera de posibilitar o mejorar una decisión. Procesamiento De Datos • Por procesamiento de datos entendemos la elaboración sistemática de la información mediante la codificación, conversión, clasificación, combinación y comparación de datos. • Esta técnica será entonces la que posibilitará la transformación de los datos en información. Salida Entrada Procesamiento Datos capturados del ambiente, Instrucciones C.P.U. Información visualizada a través de dispositivos periféricos de salida Dispositivos de Entrada de Datos Teclados, Lápices ópticos, Lector de código de barras, Ratones, Scanners, Micrófonos Dispositivos de Salida Monitores, Impresoras, Plotters, Parlantes, Ciclo Básico de Operación de las Computadoras Unidad de Medida de la Información ¿Como medimos La INFORMACIÓN? Bit, Byte y múltiplos. Otras Unidades de Medida de Información en Informática Almacenamiento, Velocidad de Procesamiento y Velocidad de Transmisión de Datos. Basado en 0 y 1 El 0, indica ausencia de un pulso eléctrico El 1, indica su presencia Un Byte = Un Carácter= 8 Bits Sistema Binario 0 0 0 0 0 1 1 0 corriente Un Bit 0 + 64 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 1 Código ASCII 27 26 25 24 23 22 21 20 = 65 = A Numero Decimal 0 0 0 0 0 1 1 0 Ejemplo: Códigos para la representación de caracteres ASCII American Standard Code for Information Interchange (Código Estadounidense Estándar para el Intercambio de Información). • ASCII, como otros códigos de representación de caracteres, especifica una correspondencia entre cadenas de bits y símbolos escritos de la lengua, permitiendo de esta forma la comunicación entre dispositivos digitales así como su procesado y almacenamiento. • El código ASCII utiliza 7 bits para representar los caracteres, aunque inicialmente empleaba un bit adicional (bit de paridad) que se usaba para detectar errores en la transmisión. • Casi todos los sistemas informáticos actuales utilizan el código ASCII o una extensión compatible para representar textos y para el control de dispositivos que manejan texto. Códigos para la representación de caracteres Unidad Equivale a: Almacena… Observación 1 Bit BIT (BInary digiT) 0 ó 1 Un digito binario, unidad más pequeña de almacenamiento 1 Byte (B) 8 bits Una letra, un número o un símbolo especial Capacidad necesaria para almacenar un carácter 1 Kilobyte (Kb) 1024 bytes 1024 caracteres 1 Megabyte (Mb) 1024 Kb 1.048.576 (caracteres) 1 Gigabyte (Gb) 1024 Mb 1.073.741.824 (caracteres) 1 Terabyte (Tb)=1024 Gigabytes; 1 Pentabyte (Pb) =1024 Terabytes; 1 Exabyte … y así sucesivamente ¿Como medimos La INFORMACIÓN? Ej. de Unidad de Medida de La Información • Ejercicio: Cuanto pesará el siguiente archivo cuyo contenido se muestra en la imagen? Unidades de Medida de Información Podemos agrupar estas medidas en tres grupos: 1. Almacenamiento, 2. Velocidad de Procesamiento y 3. Velocidad de Transmisión de Datos. 1.- ALMACENAMIENTO: El byte es la unidad de capacidad de almacenamiento estándar. Con esta unidad de medida se mide desde el almacenamiento de datos hasta la capacidad de memoria de una computadora. Almacenamiento, bajo este término genérico se agrupan dispositivos y software dedicados al archivo de datos e información. Unidades de Medida: Almacenamiento Unidades de Medida: Velocidad de procesamiento 2.- VELOCIDAD DE PROCESAMIENTO: La capacidad que tiene un dispositivo para ejecutar una cierta cantidad de procesos, por segundo que transcurre, es la Velocidad de procesamiento o Frecuencia de funcionamiento. La frecuencia, se mide en Hertz (Ciclo/segundo). Esta unidad es muy utilizada para determinar las velocidades con que trabajan los dispositivos (el denominado bus frontal FSB), como microprocesadores, memorias RAM y Placa Madre. Ver funcionamiento del Reloj del Sistema Unidad . . . . . . . . Siglas . . . . . Medida 1 Hertz . . . . . . . . . 1 HZ . . . . . .1 Operacion / Segundo 1 Kilo Hertz . . . . . 1 KHZ . . . . . 1 KHZ=1000 HZ 1 MegaHertz . . . . .1 MHZ . . . . 1 MHZ = 1000 KHZ 1 GigaHertz . . . .. . 1 GHZ . . . . 1 GHZ= 1000 MHZ 1 TeraHertz . . . . . . 1 THZ . . . . . 1 THZ = 1000 GHZ El Reloj El RELOJ: Regula la velocidad de ejecución (o procesamiento) de las instrucciones del microprocesador y de los periféricos internos, mediante la generación continua de pulsos eléctricos de duración constante, es decir, que el reloj tiene una frecuencia constante. Reloj, genera pulsos eléctricos Ciclo del reloj 1 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 = 1 Hertz La Frecuencia Del Reloj, se mide en ciclos por segundo, también llamados Hertz. Reloj, genera pulsos eléctricos El Conjunto de estos pulsos es la Frecuencia del reloj. Ciclo del reloj Cada ciclo es un pulso de reloj. Múltiplos del Hertz 1 MegaHertz = 1.000.000 Hertz 1 GigaHertz = 1000 Mhz Unidades de Medida: Velocidad de transferencia 3.- VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA: Para determinar la velocidad con que los dispositivos intercambian la información se utiliza la unidad Bytes/Segundo. Como la información se mueve por el bus de datos, entonces para determinar la velocidad de transferencia, tenemos que hacer referencia a sus características. Bus de Datos El bus es el conjunto de pistas conductoras grabadas en la placa madre. Características del bus de datos • Ancho del bus de datos: 8, 16, 32, 64 bits. • Velocidad o frecuencia del bus (o del reloj): que se mide en MHz. Ej. 100 MHz Cálculo de la velocidad de transferencia máxima del bus • El calculo se puede realizar de 2 formas: Nro. de transferencias por cada ciclo de reloj • Ejemplo: Comparativa del numero de transferencias entre una memoria SDR y DDR DDR = PC = 2 transferencias por c/ Ciclo de reloj DDR2 = PC2 = 4 transferencias por c/ Ciclo de reloj DDR3 = PC3 = 8 transferencias por c/ Ciclo de reloj DDR4 = PC4 = 16 transferencias por c/ Ciclo de reloj Bus de datos Ejemplo • Calcular la velocidad de transferencia max. del bus para una memoria SDR, la misma tiene un ancho de bus de 64 bits, una frecuencia de 100 MHz y una tasa de transferencia simple • Para una memoria DDR, la misma tiene un ancho de bus de 64 bits, una frecuencia de 100 MHz y una tasa de transferencia doble Unidades 8 bytes * 100 MHz * 1 = 800 MB/s 8 bytes * 100 MHz * 2 = 1600 MB/s Ejercicio: Velocidad de transferencia de un bus. Efectuar los cálculos para obtener la Velocidad o Capacidad de transferencia de cada bus. ?? Ej. Calcular la Velocidad de Transferencia del Bus Nomenclatura de Memorias: Ej. Para una memoriaDDR3 Frecuencia Efectiva MHz Como averiguar las características de mi PC? Ejercicio Dadas las características de una computadora, que se mencionan a continuación, clasificar cada uno de los valores proporcionados según si corresponden a: cantidad de información, frecuencia de funcionamiento o velocidad de transferencia de datos. • Tengo una computadora con un microprocesador de 2,2 Gigas. • La placa base dispone de un chipset puente norte con una FSB de 1066Mhz. • El equipo tiene un disco duro de 320GB, del tipo serial-ata II, que funciona a 300MB/s. • También tiene 3Gigas de memoria RAM, del tipo DDR-II, que funcionan a una frecuencia de 667Mhz, lo que permite un ancho de banda hasta 5300MB/s. • La tarjeta gráfica tiene 256MB, con una frecuencia de reloj de 400Mhz, un ancho de bus de 128 bit y un ancho de banda de hasta 12,8GB/s. • Los conectores USB del equipo son 2.0, con una velocidad de transferencia de 480MB/seg. • La tarjeta de red es tipo gigabit, con una velocidad hasta 1Gbit/seg. • También tiene una tarjeta wifi 11b-g que utiliza la banda de 2,4Ghz y tiene una velocidad de hasta 54MB/s.
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