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Fundamentos de Informática 2010-11 
Tema 1: 
Arquitectura de 
ordenadores, 
hardware y software 
Índice 
1.  Informática 
2.  Modelo de von Neumann 
3.  Sistemas operativos 
2 
1. Informática 
�  INFORMación automÁTICA 
�  Procesamiento automático de la 
información 
�  Entrada de información (datos) 
�  Procesado de la información (lógico o aritmético) 
�  Salida de información (resultado) 
�  Sin supervisión humana. Ejecución de un 
programa de instrucciones. 
3 
Ejemplo de sistemas informáticos 
�  PCs 
�  Superordenadores 
�  Smartphones 
�  Electrodomésticos 
�  Terminales 
�  Consolas 
�  Robots 
�  … 
4 
5 
2. Modelo von Neumann 
2.1 Historia 
2.2 El modelo de Von Neumann 
2.3 Sistema binario 
2.4 Memoria principal 
2.5 Procesador 
2.6 Buses de comunicación 
2.7 Dispositivos de entrada/salida 
6 
2.1 Historia: 
El ENIAC, Los Álamos y la bomba H 
7 
Calculos balísticos, 
von Neumann y el EDVAC 
8 
Buses de 
datos 
2.2 El modelo de von 
Neumann 
9 
CPU (Procesador) Memoria principal 
Datos 
Programa 
Controladoras 
Entrada/Salida 
Modelo de von Neumann 
en un PC 
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2.3 Sistema binario 
� Unidades de información 
�  1b = 1 bit unidad de información {0,1} 
�  1B = 1 byte conjunto de 8 bits 
�  Almacenamiento 
 
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Nombre Sist. Internacional Sist. Clásico Ejemplos 
Kilobyte (KB) 1000 bytes 1024 = 210 bytes 1 página de texto 
1 icono 
Megabyte(MB) 10002 bytes 220 bytes 4 libros 
1 fotografía pequeña 
Gigabyte(GB) 10003 bytes 230 bytes 4.000 libros 
300 fotografías 
250 canciones en mp3 
Terabyte (TB) 10004 bytes 240 bytes 4 millones de libros 
1.613 CDs, 233 DVDs 
40 Blu-ray discs 
Datos en Google cada 5s 
2.4 La memoria principal 
�  Almacenamiento de la 
información en circuitos 
integrados, fuera de la CPU. 
�  Gran velocidad de acceso y 
escritura, pero coste elevado. 
�  Almacena el programa y los 
datos en uso. 
�  RAM: No permite la grabación 
permanente de datos. Es 
volátil, es decir, si se corta la 
corriente, se pierden los datos. 
�  ROM: Permanente, viene 
grabada de fábrica. No se 
puede reescribir. 
12 
2.5 El procesador (CPU) 
�  Es el componente que 
procesa los datos de 
entrada siguiendo las 
instrucciones de un 
programa. 
�  Se compone de: 
�  una unidad de control que 
busca y descifra cada 
instrucción, 
�  una unidad aritmético-lógica 
que ejecuta las operaciones 
sobre los datos 
�  unos registros que almacenan 
datos internos. 
13 
2.6 Buses de comunicación 
�  Un bus es un sistema de transmisión de datos entre 2 o más 
sistemas o unidades. 
�  Tradicionalmente, se refería únicamente a conjuntos de cables 
o pistas de un circuito impreso que transmitían en paralelo, 
pero ahora se ha generalizado a cualquier sistema digital de 
transmisión de datos. 
�  En un PC, la CPU se comunica con la memoria principal y 
otras componentes mediantes buses integrados en la placa 
madre. 
�  Otros buses comunes: 
�  USB 
�  PCI 
�  AGP (especifico para gráficos) 
�  ATA-n (especifico para discos) 
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2.7 Dispositivos de E/S 
�  Los	
  disposi(vos	
  de	
  entrada/salida	
  (periféricos),	
  
permiten	
  una	
  interacción	
  entre	
  la	
  máquina	
  y	
  otros	
  
sistemas	
  (incluido	
  el	
  usuario)	
  mediante	
  la	
  entrada	
  o	
  
salida	
  de	
  datos.	
  
�  Cada	
  periférico	
  está	
  compuesto	
  por	
  tres	
  
componentes:	
  
1.  El	
  propio	
  disposi&vo.	
  
2.  Un	
  circuito	
  electrónico	
  que	
  traduce	
  la	
  información	
  del	
  bus	
  
al	
  disposi(vo,	
  denominado	
  controladora.	
  
3.  Un	
  programa	
  que	
  permite	
  interactuar	
  con	
  el	
  periférico,	
  
llamado	
  driver.	
  
15 
2.7 Dispositivos de E/S 
La memoria secundaria 
�  Es más barata que la memoria principal y 
permite almacenar los datos de manera 
permanente, pero con acceso más lento. 
�  Disco duro, CD-ROM, Flash, Blu-Ray... 
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�  Jerarquía de memoria: 
�  Almacenar los datos en la 
memoria más rápida disponible 
basandose en la frecuencia de 
uso. 
�  Más usada à Acceso más rápido 
CONTROLADORA CONTROLADORA 
CONTROLADORA CONTROLADORA 
2.7 Dispositivos de E/S 
Interacción entre procesador, 
memorias y dispositivos de E/S 
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PROCESADOR 
MEMORIA PRINCIPAL 
BUS 
LECTOR 
 CD-ROM 
DISCO DURO 
TECLADO 
PANTALLA UC 
ALU 
REGISTROS 
3. Software y Sistema 
Operativo 
3.1 Introducción al software 
3.2 Clasificación del software 
3.3 Sistema operativo 
3.3.1 Arranque 
3.3.2 Gestión de procesos 
3.3.3 Interfaz de usuario 
3.3.4 Sistema de ficheros 
3.4 Software de aplicación 
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3.1 Introducción al software 
�  La propiedad más importante de un ordenador es 
la de ser programable. 
�  Una programación directa del hardware por parte 
de los usuarios crearía grandes dificultades. 
�  Por lo tanto es necesario proveer al usuario de un 
mecanismo para: 
�  abstraer la organización física de la máquina 
�  usar de manera similar máquinas con hardware diferente 
�  tener un lenguaje simple de interacción con la máquina 
�  tener un lenguaje simple de alto nivel para programar la 
máquina 
�  tener un conjunto de programas para ejecutar diferentes 
tareas 
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3.2 El software: clasificación 
�  Software de sistema: permite usar los recursos 
hardware del ordenador, ejecutar operaciones 
básicas e interactuar con el software de 
aplicación. 
�  Ejemplos: driver, interfaz gráfico, formateador de 
discos… 
�  Software de aplicación: programas para la 
ejecución de tareas específicas. 
�  Ejemplos: procesador de textos, cliente de correo 
electrónico, videojuegos… 
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Tipos de software de sistema 
�  Sistema operativo (S.O.) 
�  Ejemplos: Windows, Unix, Linux, Mac OS… 
�  Drivers 
� Herramientas del sistema 
�  Incrementan las funcionalidades del S.O. 
�  Ejemplos: formateo discos, copia ficheros de 
discos a CD, limpieza discos, programas de 
compresión de ficheros... 
21 
22 
usuario 
Software de aplicación 
(navegadores, reproductores de vídeo, editores de fotografías…) 
Driver 
Sistema 
Operativo 
Herramientas 
del sistema 
Hardware 
(orderador y 
periféricos) 
Software 
de sistema 
3.3 Sistema operativo 
�  Conjunto de programas que interactúan 
para: 
�  Administrar eficientemente los recursos de la máquina, 
intentando explotar al máximo todos los componentes 
del hardware. 
�  Crear un ambiente virtual (ejemplo: un interfaz gráfico) 
para facilitar la interacción persona-máquina. 
�  Tareas del sistema operativo: 
�  Arranque del ordenador y creación del ambiente virtual. 
�  Administración del procesador y los procesos en 
ejecución. 
�  Administración de la memoria principal y secundaria. 
�  Administración de los recursos de E/S. 
�  Proporcionar una serie de órdenes para la interacción 
con el usuario. 23 
3.3.1 Arranque del ordenador 
�  El sistema operativo (S.O.) se ejecuta en el 
momento de encender el ordenador. 
�  La puesta en marcha del S.O. se efectúa a través 
de un programa llamado bootstrap que la 
máquina ejecuta cuando se enciende. 
�  En esta fase, una parte del S.O. (un conjunto de 
programas y un conjunto de datos) se carga en 
la memoria principal, es decir, se copia de la 
memoria secundaria (disco duro) a la memoria 
principal (RAM). 
24 
Bootstrap: paso 1 
25 
Programa 
de bootstrap ROM 
RAM 
Memoria 
secundaria (disco duro) 
S.O. 
Memoria 
principal 
Bootstrap: paso 2 
26 
Sistema 
Operativo 
Programa 
de bootstrap ROM 
RAM 
Memoria 
secundaria (disco duro) 
S.O. 
Memoria 
principal 
3.3.2 Gestión de procesos 
�  Normalmente, la CPU es el componente más usado 
en un ordenador. 
�  Cuando la CPU está ocupada con un programa, el 
resto de programas tienen que esperar [1]. 
�  Cada programa en ejecución se llama proceso o 
tarea. 
�  Es tarea del S.O. administrar la CPU correctamente 
y en manera eficiente entre todos los procesos. 
 
[1] Nota: Las CPUsmodernas tienen varios “cores” o “núcleos”. Cada 
“core” es un procesador independiente y permite ejecutar varios 
programas a la vez. 
27 
Mono/Multi-tarea 
�  S.O. monotarea (monotasking) 
�  En el sistema hay solo un proceso activo 
�  Es posible ejecutar un solo programa a la vez 
�  Ejecución secuencial de programas 
�  S.O. multitarea (multitasking) 
�  Ejecución concurrente de varios programas 
�  El S.O. debe decidir en qué momento se ejecuta 
cada proceso, cuanto tiempo tiene derecho a 
usar el procesador… 
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Mono/Multi-tarea 
�  En general, dado un proceso P 
�  En algún momento estará activo, es decir, la CPU lo ejecutará 
�  Habrá largos periodos en que P esté parado. Por ejemplo, en la 
espera de E/S o de adquirir un recurso que en ese momento no 
esté disponible. 
�  Las operaciones de la CPU, de los periféricos y 
de los usuarios funcionan a escalas temporales 
muy diferentes (desde nanosegundos a 
segundos). 
�  La ejecución secuencial de procesos provoca 
una escasa utilización de la CPU. 
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Ejemplo: ejecución 
secuencial de P1 y P2 
30 
•  La utilización del procesador es muy baja 
•  La mayoría del tiempo está inactivo 
procesador 
P2 P1 
ejecución espera 
activo inactivo 
procesos 
Ejemplo: ejecución 
concurrente de P1 y P2 
�  Cada vez que P1 esté bloqueado en la 
espera de E/S, se ejecutará P2 
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Reducción de tiempos 
de inactividad 
procesador 
ejecución espera 
activo inactivo 
P1 
P2 
Multi-usuario/multi-puesto 
� S.O. multi-usuario 
� Capaz de distinguir entre distintos usuarios. 
� Protege los datos/programas de un usuario 
de los accesos de otros usuarios. 
� Puede limitar el uso de recursos en función 
del usuario. 
� S.O. multi-puesto  
� Permite trabajar con el ordenador desde 
varios terminales conectados a él, es decir, 
varios usuarios trabajando con el mismo 
ordenador simultáneamente (ej: un servidor 
de internet). 
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3.3.3. Interfaz de usuario 
�  Facilita el manejo del sistema operativo por 
parte del usuario 
�  Permite la comunicación con el sistema 
operativo mediante órdenes sencillas, para 
tareas como por ejemplo, copiar un fichero, 
arrancar un programa, ver el contenido de un 
directorio, etc. 
�  Puede ser de dos tipos: 
�  interfaz orientada a texto o basada en órdenes 
�  interfaz gráfica de usuario (GUI) 
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