El funcionamiento de una computadora

El funcionamiento de una computadora
Quienes desean adentrarse en el funcionamiento de una computadora, ya sea por curiosidad o por motivos profesionales, tropiezan a menudo con el problema de carecer de los simples principios que permiten visualizar a estos equipos en sus bloques principales, como intervienen en los procesos y además cual ejecuta cada uno de ellos.
Cuando inicialmente se tiene en claro estos conceptos básicos, se obtiene la plataforma ideal para iniciar el aprendizaje. Luego, toda la descripción inmediata de los procesos, elementos y dispositivos tecnológicos empleados en el ámbito técnico de la computación, se hace más entendible. Por este motivo hemos decidido comenzar esta obra explicando brevemente aquellos conceptos y términos que creemos son la puerta de entrada a tan fascinante universo.
¿Qué hace una computadora? Básicamente cualquier tipo de computadora realiza operaciones de procesamiento de datos, exponiéndolos luego como información. Precisamente, la función primordial de una computadora es llevar a cabo procesos de datos en forma automática, a gran velocidad y sin la intervención humana.
Cuando los datos ingresados son ordenados de acuerdo a un esquema lógico, se transforman en información disponible para el usuario. La adquisición de información a partir de datos es la función relevante de una computadora siendo la Informática la ciencia que estudia la obtención de información a través de sistemas automáticos.

Los datos que ingresan a la computadora se procesan por medio de rutinas contenidas en los "programas de aplicación".
Fundamentalmente los distintos tipos y modelos de computadoras, principalmente difieren en el volumen de datos que pueden procesar, así como la velocidad con que se efectúa esta operación.
El principio de la caja negra
Cuando se tiene un dispositivo o módulo dispuesto para una función, es muy importante considerarlo como una "caja negra", es decir no se sabe que dispositivos o componentes hay dentro de él, sino que procesos lleva a cabo. Este método es muy utilizado pedagógicamente para permitir una rápida comprensión global de la función del dispositivo estudiado. Para elaborar la función descrita anteriormente (ingresar datos, elaborar los mismos y luego dar salida a la información obtenida), se necesitan tres módulos principales en los que podemos agrupar a todos los dispositivos que intervienen en los procesos mencionados. Estos son:
• Módulo de entrada/salida
• Memoria de trabajo
• Unidad procesadora
Introducción al procesamiento de datos
Una computadora está constituida por centenares o miles de complejos dispositivos y circuitos electrónicos adecuadamente integrados, tanto en sus componentes físicos, como en la función de los mismos. Debido a esto para comprender su funcionamiento, dividiremos a la computadora en bloques sin tener en cuenta en esta etapa, los pormenores de la parte electrónica que integra cada uno (método de explicación denominado "caja negra").
El primer módulo de "entrada - salida", identificado con la sigla E/S, es usualmente más conocido por las palabras en ingles Input- Output (I/O).
Este módulo que en realidad tiene dos funciones, cuenta en algunos casos con dispositivos que individualmente sólo pueden ser considerados como de entrada (input), o de salida (output), mientras que otros dispositivos permiten ejecutar ambas operaciones (input-output).

En la figura 1.1, podemos ver un ejemplo de cómo en el módulo I/O, puede haber un dispositivo que cumpla ambas funciones, o un dispositivo distinto para cada una de ellas.
A través de las unidades de entrada, se introducen los datos que se van a procesar, además de las instrucciones (programas de aplicación) que se utilizan para tratar los mismos. Por otra parte, la información obtenida (datos procesados) es emitida a través de las unidades de salida que son las que permiten "ver el resultado".
El segundo módulo es "la memoria". Cuando se ingresan datos, estos son almacenados en espera de su proceso en una "memoria de trabajo" o también denominada "memoria principal" que es temporaria (técnicamente conocida como "memoria RAM"). También en la RAM se cargan las instrucciones del programa de aplicación, que indicará a qué operación serán sometidos los datos ingresados. Del mismo modo los datos ya procesados son almacenados hasta su salida, en la memoria RAM.

Para comprender lo descrito anteriormente, la figura 1.2 nos muestra un esquema, que ilustra como en un momento cualquiera en la memoria RAM, pueden estar presentes, los datos ingresados en espera de procesamiento, los datos del programa de aplicación y datos que han sido procesados, en espera de su salida.
Esquema de funcionamiento de una computadora. Conceptos previos. Funcionamiento interno de una computadora. El procesador. El concepto de interrupción. Jerarquía de memoria. Estructuras básicas de interconexión. Computadoras personales (PC). Paralelismo en computadoras.
El procesador
§1 Presentación
En realidad "procesador" es un término relativamente moderno. Se refiere a lo que en los grandes ordenadores de antaño se conocía como Unidad Central de Proceso UCP (CPU "Central Processin Unit" en la literatura inglesa). Comenzó siendo del tamaño de un armario, posteriormente se redujo al de una gran caja, después se construyó en una placa de unas 15 x 15 pulgadas. Finalmente se construyó en un solo circuito integrado encapsulado en un "chip" que se inserta en un zócalo de la placa-base [0].
En los primeros tiempos de la informática personal, que podemos suponer se inicia con la introducción del PC ("Personal Computer") por IBM a mediados de 1981 [1], el mercado de microprocesadores para el PC estaba copado por Intel, que arrancando con el 8088 [2], un modesto procesador de 16 bits a 4.77 MHz de velocidad de reloj ( H2), fue sufriendo sucesivas mejoras; principalmente en lo que respecta a la velocidad (que en el 2001 ha alcanzado más de 1 GHz. para equipos comerciales); capacidad de procesamiento en paralelo; capacidad de los registros; cache interna y facilidades hardware para multiprogramación.

El concepto de interrupción

• El Esquema Ordenador.
o Unidad de control.
o Reloj
o Unidad de Proceso o Aritmética Lógica.
• La Memoria
o Memorias ROM y RAM.
o Bancos de Memoria
• Microprocesador 8086
o Registros del microprocesador
o Dirección Efectiva
o Segmentos
o Modos de direccionamiento
• Interrupciones
o Las interrupciones desde el punto de vista del Hardware
o Las interrupciones desde el punto de vista del software
o La interrupción 21
• BIOS (Sistema básico de entrada/salida)
• POST
• La BIOS (algoritmos)
o Programa SETUP
• Teclado
o Interrupción 9
o Buffer de teclado
• Modo de video
o Características de la placa
o La BIOS de video
o Desplazamiento de pantalla (Scrolling)
o Construcción de la pantalla mediante el monitor
o La controladora CRT
o RAM de video
• Discos flexibles
• Discos rígidos
o Técnicas de transferencia entre la controladora del disco y la memoria

Jerarquía de memoria


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Se conoce como jerarquía de memoria a la organización piramidal de la memoria en niveles, que tienen los ordenadores. Su objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio de cercanía de referencias.
Los puntos básicos relacionados con la memoria pueden resumirse en:
• Cantidad
• Velocidad
• Coste
La cuestión de la cantidad es simple, cuanto más memoria haya disponible, más podrá utilizarse. La velocidad óptima para la memoria es la velocidad a la que el procesador puede trabajar, de modo que no haya tiempos de espera entre cálculo y cálculo, utilizados para traer operandos o guardar resultados. En suma, el costo de la memoria no debe ser excesivo, para que sea factible construir un equipo accesible.
Como puede esperarse los tres factores compiten entre sí, por lo que hay que encontrar un equilibrio. Las siguientes afirmaciones son válidas:
• A menor tiempo de acceso mayor coste
• A mayor capacidad mayor coste
• A mayor capacidad menor velocidad.
Se busca entonces contar con capacidad suficiente de memoria, con una velocidad que sirva para satisfacer la demanda de rendimiento y con un coste que no sea excesivo. Gracias a un principio llamado cercanía de referencias, es factible utilizar una mezcla de los distintos tipos y lograr un rendimiento cercano al de la memoria más rápida.


Estructura básica de interconexión
Un sistema computacional es un sistema complejo que puede llegar a estar constituido por millones de componentes electrónicos elementales.
Esta naturaleza multinivel de los sistemas complejos es esencial para comprender tanto su descripción como su diseño. En cada nivel se analiza su estructura y su función en el
sentido siguiente:
Estructura: La forma en que se interrelacionan las componentes
Función: La operación de cada componente individual como parte de la estructura
Por su particular importancia se considera la estructura de interconexión tipo bus.
ESTRUCTURACIÓN DE LOS BUSES
Existen dos organizaciones físicas de operaciones E/S que tienen que ver con los buses que son:
Bus único
Bus dedicado
La primera gran diferencia entre estas dos tipos de estructuras es que el bus único no permite un controlador DMA (todo se controla desde la CPU), mientras que el bus dedicado si que soporta este controlador.
El bus dedicado trata a la memoria de manera distinta que a los periféricos (utiliza un bus especial) al contrario que el bus único que los considera a ambos como posiciones de memoria (incluso equipara las operaciones E/S con las de lectura/escritura en memoria). Este bus especial que utiliza el bus dedicado tiene 4 componentes fundamentales:
Datos: Intercambio de información entre la CPU y los periféricos.
Control: Lleva información referente al estado de los periféricos (petición de interrupciones).
Direcciones: Identifica el periférico referido.
Sincronización: Temporiza las señales de reloj.
La mayor ventaja del bus único es su simplicidad de estructura que le hace ser más económico, pero no permite que se realice a la vez transferencia de información entre la memoria y el procesador y entre los periféricos y el procesador.
Por otro lado el bus dedicado es mucho más flexible y permite transferencias simultáneas. Por contra su estructura es más compleja y por tanto sus costes son mayores.
Interacción persona-computador
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Para otros usos de este término, véase IPO (desambiguación).
Todavía no hay una definición concreta para el conjunto de conceptos que forman el área de la interacción persona-computador. En términos generales, podríamos decir que es la disciplina que estudia el intercambio de información entre las personas y los computadores. Ésta se encarga del diseño, evaluación e implementación de los aparatos tecnológicos interactivos, estudiando el mayor número de casos que les pueda llegar a afectar. El objetivo es que el intercambio sea más eficiente: minimizar errores, incrementar la satisfacción, disminuir la frustración y, en definitiva, hacer más productivas las tareas que rodean a las personas y los computadores.
Aunque la investigación en este campo es muy complicada, la recompensa una vez conseguido el objetivo de búsqueda es mucho gratificante. Es muy importante diseñar sistemas que sean efectivos, eficientes, sencillos y amenos a la hora de utilizarlos, dado que la sociedad disfrutará de estos avances. La dificultad viene dada por una serie de restricciones y por el hecho de que en ocasiones se tienen que hacer algunos sacrificios. La recompensa sería: la creación de librerías digitales donde los estudiantes pueden encontrar manuscritos medievales virtuales de hace centenares de años; los utensilios utilizados en el campo de la medicina, como uno que permita a un equipo de cirujanos conceptualizar, alojar y monitorizar una compleja operación neurológica; los mundos virtuales para el entretenimiento y la interacción social, servicios del gobierno eficientes y receptivos, que podrían ir desde renovar licencias en línea hasta el análisis de un testigo parlamentario; o bien teléfonos inteligentes que saben donde están y cuentan con la capacidad de entender ciertas frases en un idioma. Los diseñadores crean una interacción con mundos virtuales integrandolos con el mundo físico.

Programas utilizados para dar mantenimiento al computador. Mostrar funcionamiento

¿Porque es necesario hacer un mantenimiento al PC?

Para que todo funcione correctamente y evitar posibles errores y fallos, es necesario realizar un Mantenimiento de nuestro Equipo tanto en el ámbito Físico, como en el de Programación, por ello vamos a tratar de exponer en esta Sección algunos procedimientos de mantenimiento sino bien imprescindibles al menos sí recomendables para mantener nuestro PC en correcto funcionamiento.
Empezaremos por hacer mención a algunos problemas típicos que nos suceden cuando instalamos o desinstalamos muchos programas, y no utilizamos herramientas adecuadas para la desinstalación de esos programas que ya no usamos, como consecuencia de esto, nuestro PC se vuelve lento y nos preguntamos como es posible que siendo una máquina tan veloz y con tantos recursos, actué de esa manera. En estos casos es muy conveniente tener instalados programas específicos para estos temas que realicen una desinstalación completa de aquellos programas que ya no utilizamos, pues sino iremos almacenando ficheros y bibliotecas que no nos hacen falta que aumentan el tamaño del registro de Windows, y que quitan recursos a nuestro PC.
Por nombrar alguno de estos Programas uno que va muy bien es el RegCleaner, el cual está disponible en muchos idiomas, entre ellos el Español.
Otro Problema típico que conviene nombrar es cuando apagamos de forma incorrecta nuestro PC, ya sea por inestabilidad en el Sistema (que se quede colgado), por corte de luz, o por malos hábitos de utilización, en estos casos no debemos pasar por alto el hecho realizar a nuestro PC un chequeo que nos revise la integridad de nuestro disco o discos en busca de errores, para ello, podemos utilizar la herramienta Scandisk la cual la incluye nuestro Sistema Operativo Windows.
También es conveniente cada cierto tiempo, tiempo que dependerá en función del uso que se le haga al PC, y de en que cantidad instalamos o desinstalamos programas en el PC, realizar una operación de desfragmentación del Disco, para organizar la información que tenemos en él, que a consecuencia de tantos procesos se ha desordenado, para ello podemos utilizar una utilidad de la que dispone Windows, la cual podremos encontrarla en Inicio->Programas->Accesorios->Herramientas del Sistema, o utilizar otras que realizan esta tarea muy eficientemente como es el caso de Diskeeper lite 7.0418., una utilidad que además de ser gratuita es de los mejores Programas para desfragmentar discos.
Tenemos también que nombrar como no, el hecho de eliminar cada cierto tiempo, archivos temporales que se guardan en nuestro PC, y que no hacen más que ocupar espacio en el Disco, como es el caso de los archivos temporales de Internet, que podemos eliminarlos entrando en el Internet Explorer, y desde el menú Herramientas->Opciones de Internet->General->Eliminar archivos.
Los Programas nombrados, podréis encontrarlos en nuestra sección de Programas.
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Cuidados y mantenimiento de una impresora

Definición de datos del Pseudocódigo

Un pseudocódigo (falso lenguaje), es una serie de palabras léxicas y gramaticales referidos a los lenguajes de programación, pero sin llegar a la rigidez de la sintaxis de estos ni a la fluidez del lenguaje coloquial. Esto permite codificar un programa con mayor agilidad que en cualquier lenguaje de programación, con la misma validez semántica, normalmente se utiliza en las fases de análisis o diseño de Software, o en el estudio de un algoritmo. Forma parte de las distintas herramientas de la ingeniería de software. Es, netamente, lenguaje de tipo informático.

Para probar el algoritmo se utiliza un Pseudo intérprete el cual se encuentra disponible para las plataformas GNU/Linux y Windows, es de código libre y está escrito en C++. El mismo se ejecuta en un Terminal.

El pseudocódigo describe un algoritmo utilizando una mezcla de frases en lenguaje común, instrucciones de programación y palabras clave que definen las estructuras básicas. Su objetivo es permitir que el programador se centre en los aspectos lógicos de la solución a un problema.

No siendo el pseudocódigo un lenguaje formal, varían de un programador a otro, es decir, no hay una estructura semántica ni arquitectura estándar. Es una herramienta ágil para el estudio y diseño de aplicaciones, veamos un ejemplo, que podríamos definir como: lenguaje imperativo, de tercera generación, según el método de programación estructurada.

Pseudocódigo = Pseudo (Supuesto) + Código (Instrucción)

Definición de datos del Pseudocódigo [editar]

La definición de datos se da por supuesta, sobre todo en las variables sencillas, si se emplea formaciones: pilas, colas, vectores o registros, se pueden definir en la cabecera del algoritmo, y naturalmente cuando empleemos el pseudocódigo para definir estructuras de datos, esta parte la desarrollaremos adecuadamente.

Diagrama n-s

DIAGRAMAS DE NASSI - SCHNEIDERMAN

Definición. El diagrama N-S o también conocido como diagrama de Chapin es una técnica de especificación de algoritmos que combina la descripción textual, propia del pseudocódigo, con la representación gráfica del diagrama de flujo.

El diagrama N-S cuenta con un conjunto limitado de símbolos para representar los pasos del algoritmo, por ello se apoya en expresiones del lenguaje natural; sin embargo, dado que el lenguaje natural es muy extenso y se presta para la ambigüedad, solo se utiliza un conjunto de palabras, a las que se denomina palabras reservadas. Las palabras reservadas más utilizadas son:

Inicio Fin Leer Escribir

Mientras Repita Hasta Para

Incrementar Decrementar Hacer Función

Entero Real Caracter Cadena

Lógico Retornar

Los símbolos utilizados en el diagrama de Chapin son corresponden a cada tipo de estructura. Dado que se tienen tres tipos de estructuras, se utilizan tres símbolos. Esto hace que los procesos del algoritmo sean más fáciles de representar y de interpretar.

Diagrama de Flujo de Datos

Componentes de un Diagrama de Flujo de Datos (DFD) según la notación de Yourdon y DeMarco.

Un diagrama de flujo de datos (DFD por sus siglas en español e inglés) es una representación gráfica del "flujo" de datos a través de un sistema de información. Un diagrama de flujo de datos también se puede utilizar para la visualización de procesamiento de datos (diseño estructurado). Es una práctica común para un diseñador dibujar un contexto a nivel de DFD que primero muestra la interacción entre el sistema y la entidades externas. Este contexto a nivel de DFD se "explotó" para mostrar más detalles del sistema que se está modelando.

Los diagramas de flujo de datos fueron inventados por Larry Constantine, el desarrollador original del diseño estructurado, basado en el modelo de computación de Martin y Estrin: "flujo gráfico de datos" . Los diagramas de flujo de datos (DFDs) son una de las tres perspectivas esenciales de Análisis de Sistemas Estructurados y Diseño por Método SSADM. El patrocinador de un proyecto y los usuarios finales tendrán que ser informados y consultados en todas las etapas de una evolución del sistema. Con un diagrama de flujo de datos, los usuarios van a poder visualizar la forma en que el sistema funcione, lo que el sistema va a lograr, y cómo el sistema se pondrá en práctica. El antiguo sistema de diagramas de flujo de datos puede ser elaborado y se comparó con el nuevo sistema de diagramas de flujo para establecer diferencias y mejoras a aplicar para desarrollar un sistema más eficiente. Los diagramas de flujo de datos pueden ser usados para proporcionar al usuario final una idea física de cómo resultarán los datos a última instancia, y cómo tienen un efecto sobre la estructura de todo el sistema. La manera en que cualquier sistema es desarrollado puede determinarse a través de un diagrama de flujo de datos. El desarrollo de un DFD ayuda en la identificación de los datos de la transacción en el modelo de datos.

Los diagramas derivados de los procesos principales se clasifican en niveles, los cuales son:

• Nivel 0: Diagrama de contexto.
• Nivel 1: Diagrama de nivel superior.
• Nivel 2: Diagrama de detalle o expansión.

Diagrama de Contexto: Nivel 0 [editar]

En el diagrama de contexto sólo se dibuja el proceso principal y los flujos entre éste y sus entidades. Representacion grafica de un SISTEMA DE INFORMACION.

Diagrama de Nivel Superior: Nivel 1 [editar]

En el diagrama de nivel inferior se plasman todos los procesos que describen al proceso principal. En este nivel los procesos no pueden interrelacionarse directamente, sino que entre ellos siempre debe existir algún almacenamiento o entidad externa que los una. fgerg

Diagrama de Detalle o Expansión: Nivel 2 [editar]

Nota: Diagrama de nivel 2 (o superior) en la fotografía. Es de nivel >= 2, y no de nivel 1 porque en el nivel 1 no se permiten las interconexiones entre procesos, como puede verse entre el proceso 2 y 3.

MARCELITA

foto

hector