El Computadoreii.pucv.cl/pers/guidi/cursos/ti/ElComputador... · 2020. 12. 29. · El computador analógico resuelve problemas por analogía (ej. equipara tensión eléctrica a flujo

El Computador

Franco Guidi PolancoEscuela de Ingeniería Industrial

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, [email protected]

14/08/2007Franco Guidi Polanco 1

¿Qué es un computador?

Un computador es una máquina principalmente electrónica, capaz de almacenar y procesar en corto tiempo grandes cantidades de datos, de acuerdo con un conjunto de instrucciones especificadas.


¿Cómo son los computadores?

Lo que primero se nos viene en mente…

Univac 1108


¿Cómo son los computadores?

Pero éstos también lo son:


¿Cómo serán los computadores?

Los computadores “desaparecerán”:…físicamente: la miniaturización de dispositivos y su integración con otros artefactos de uso cotidiano (ej. ;… mentalmente: los computadores continuan siendo grandes, pero no serán percibidos como tales (ej. paredes activas, mesas interactivas, etc.)

Interactive Room (iRoom). It includes three commercial touch-screen

displays and a bottom-projected table


¿Cómo serán los computadores?

UE: The Disappearing Computer

Iniciativa financiada por la Unión Europea, perteneciente a la actividad “Future and Emerging Technologies” (FET) del programa de investigación “Information Society Technologies” (IST)Tres objetivos (*):• Create information artifacts based on new software and hardware

architectures that are integrated into everyday objects. • Look at how collections of artifacts can act together, so as to

produce new behavior and new functionality. • Investigate the new approaches for designing for collections of

artifacts in everyday settings, and how to ensure that people's experience in these new environments is coherent and engaging.

(*) The Disappearing Computer: http://www.disappearing-computer.net


Tipos de computador

Computador digital Computador analógico


Computador analógico

Representa los datos mediante señales analógicas de naturaleza eléctrica, mecánica o hidráulica, que varían en modo continuo (por ejemplo, voltaje o presión de aire).El computador analógico resuelve problemas por analogía (ej. equipara tensión eléctrica a flujo de un líquido que se desea controlar)

mV

t



Ejemplo: representación de la velocidad de un móvil

0 10Volts

(30 km/hr)

0 50kg/m2

(30 km/hr)0 cc

80 cc

(30 km/hr)



0 cc

2 cc

4 cc

6 cc

0 cc

2 cc

4 cc

6 cc

0 cc

2 cc

4 cc

6 cc

0 cc

2 cc

4 cc

6 cc

0 cc

2 cc

4 cc

6 cc

0 cc

2 cc

4 cc

6 cc

4 2

4+2=6



0 cc

2 cc

4 cc

6 cc

3.43.4458


Computador digital

Representa datos mediante variables discretas, sobre las cuales realiza operaciones aritmético-lógicas.Un computador digital trata los datos como dígitos binarios, i.e., trabaja en base 2 (dígitos 0 y 1).

0

1


Bit / Byte

Los dígitos se manejan agrupados. Por ejemplo, si los grupos son de 4 dígitos:

11002 = 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 0 x 20 = 1210

Los dígitos binaros reciben el nombre de bits (abreviación de “binary digits”)Los grupos de dígitos binarios (bits) reciben el nombre de bytes. En la mayoría de los sistemas los bytes son de 8 bits.


Números binarios

ConversiónNúmero b2Número b10

1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20 = 910019

1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20 = 10101010

1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 11101111

………

1*23 + 0*22 + 0*21 + 0*20 = 810008

1*22 + 1*21 + 1*20 = 71117

1*22 + 1*21 + 0*20 = 61106

1*22 + 0*21 + 1*20 = 51015

1*22 + 0*21 + 0*20 = 41004

1*21 + 1*20 = 3113

1*21 + 0*20 = 2102

1*20 = 111

000


Operaciones aritméticas

Los valores numéricos se traducen a base 2 y se trabajan en esta baseEjemplo: suma de 5 y 4

510 = 01012

410 = 01002

El resultado se traduce a base 10: 910

0 1 0 10 1 0 01 0 0 1

+

Reglas de la suma en base 2:0 + 0 = 01 + 0 = 10 + 1 = 11 + 1 = 10


Representación de datos

Los bytes pueden representar:Números enteros positivos y negativos, Números en formato punto flotante, pero en forma aproximadaCaracteres, por medio de la asociación de éstos a secuencias dentro de los grupos. Ejemplo:

0001 = “A”0010 = “B”0011 = “#”…


Representación interna de los datos

Código ASCII extendido:(American Standard Code for Interchange of Information) 8 bit 256 caracteres (del 0 al 255)

Ejemplo: “Mamá“

Carácter Cod. Dec. Rep. Interna

“M” 77 01001101“a” 97 01100001“m” 109 01101101“á” 160 10100000



Código Unicode:16 bit más de 65.000 caracteres

•En la definición del Unicode Standar 3.0 se encuentran contenidos 49.194 caracteres.

•Cuenta además con mecanismo de extensión que le permite soportar más de 1 millón de caracteres adicionales



Unidades:

1024 Mb1.073.741.824 230GbGigabyte

1024 Gb1.099.511.627.776 240TbTerabyte

1024 Tb1.125.899.906.842.624 250PbPetabyte

1024 Kb1.048.576 220MbMegabyte

1024210Kbkilobyte

EquivalenciaBytesSignificadoSiglaNombre


Operaciones lógicas

Las operaciones más simples que se pueden definir sobre bits son las operaciones lógicas.Si se asume que el valor 1 representa verdadero y el 0 falso, entonces:

111

001

010

000

A ∧ BBA

111

101

110

000

A ∨ BBA

01

10

¬AA

AND OR NOT


Arquitectura de un computador

“Arquitectura de von Neumann”: concebida por John von Neumann y publicada en “First Draft on a Report on the EDVAC” (30 de Junio de 1945)

28 de diciembre de 1903 –8 de febrero de 1957


Arquitectura de von Neumann

Sistema computacional automático: dispositivo que procesa instrucciones para ejecutar cálculos de complejidad considerable.El dispositivo debe recibir instrucciones exhaustivas y detalladas.Las instrucciones deben darse en un formato que el dispositivo pueda percibir. Debe existir un código para representar la definición lógica y algebraica de las operaciones y los datos.Una vez proporcionadas las instrucciones, el dispositivo debe ser capaz de ejecutarlas completamente sin necesidad de ulterior intervención humana. Al finalizar las operaciones el dispositivo debe ser capaz de registrar los resultados en algún medio (como los propuestos para el ingreso)

“First Draft on a Report on the EDVAC” (30 de Junio de 1945)


Componentes lógicos de un computador

Disp.EntradaDisp.

Entrada

Disp.SalidaDisp.Salida

Disp.MemoriaAuxiliar

Disp.MemoriaAuxiliar

UnidadControl E/S

UnidadControl E/S

U.A.L.U.A.L.

UnidadControlUnidadControl

MemoriaPrincipalMemoriaPrincipal

Periféricos C.P.U.


Operaciones aritméticas

La suma de dos bits genera como resultado dos bits:Bit de sumaBit de reserva

Supongamos la siguiente representación gráfica para los operadores lógicos:

OR AND NOT

1+ 00 1

1+ 11 0

bit de reserva bit de reservabit de suma bit de suma


Operaciones aritméticas (cont.)

Entonces la suma de los bits A y B:

+A

B R

SS: bit de suma R: bit de reserva

OR

AND

A

B R

S

NOT

AND



Suma de A=0 y B=1 (resultado: S=1 R=0)

+A=0

B=1 R=0

S=1

OR

AND

A=0

B=1 R=0

S=1

NOT

AND

0+ 10 1

SR

A

B




+A=1

B=0 R=0

S=1

OR

AND

A=1

B=0 R=0

S=1

NOT

AND

1+ 00 1

SR

A

B




+A=0

B=0 R=0

S=0

OR

AND

A=0

B=0 R=0

S=0

NOT

AND

0+ 00 0

SR

A

B




+A=1

B=1 R=1

S=0

OR

AND

A=1

B=1 R=1

S=0

NOT

AND

1+ 11 0

SR

A

B



La suma de un bit intermedio en un byte:

+ +

A B R’(proveniente deposición derecha)

S

SR’’(para posición izquierda)

OR

…0 1 1…… 0 1 1…… 0 1 0…

11

+

A

B

R’R’’

R R

S



La suma de dos bytes (de 3 bits):

+ + +

A1 B1A2 B2

A3 B3

R1R2

R3 S1S2S3

A3A2A1 + B3B2B1 = R3S3S2S1


Hardware

Disco Duro

Disquetera Teclado

MonitorTarjetas

controladoras

Tarjeta “madre”

Memoria principalC.P.U.

Ranuras de expansión (Slots)

CD/DVD


Componentes del hardware

Periféricos: comunican al computador con su entorno, aceptando comandos y datos, y presentando los resultados de sus procesos.

– Dispositivos de entrada: teclado, mouse(ratón), joystick, scanner, lector de código de barras, módem-fax*, tarjeta de red*, etc.

– Dispositivos de salida: monitor, impresora, proyector, módem-fax*, tarjeta de red*, etc.

– Dispositivos de memoria auxiliar (o de almacena-minto secundario): unidad CD/DVD, pendrive, disquetes, disco duro, unidad Zip, unidad de cinta, etc.



Memoria principal: almacena las instrucciones y datos necesarios para un determinado proceso. Se compone de:

– RAM (Random Access Memory): guarda las instrucciones de los programas en ejecución y los datos necesarios. Admite la escritura y lectura.

– ROM (Read Only Memory): contiene los microprogramas incorporados por el fabricante del equipo. Admite sólo la lectura.


Unidad Central de Proceso (CPU): controla, coordina o realiza todas las operaciones del computador. Se compone de:

– Unidad de Control: controla las operaciones.

– Unidad Aritmético Lógica: realiza las operciones elementales de tipo aritmético (suma, resta, multiplicación y división) y de tipo lógico (comparaciones).



Software

Software: Son los programas que se ejecutan en el hardware.

Programa: Es un conjunto de instrucciones que ordena al hardware la realización de una tarea en particular.

El software se puede clasificar en:Sistemas operativos.Traductores: ensambladores, compiladores e intérpretes.Aplicaciones.


Software: sistema operativo

Sistema Operativo: es un conjunto de programas que controla el funcionamiento del hardware. Se compone de:

Programas imprescindibles para la operación del hardware.Programas utilitarios.

Ejemplos de sistemas operativos:WindowsLinuxSolaris


Software: rol del sistema operativo

Sistema operativo

Aplicaciones

Componenteselectrónicos

Usuario

Instrucciones y datos Resultados

Comandos y datos

ResultadosInstruccionesy datos

Resultados

Resultados

Comandos y datos

Hardware

Software


Software: sistemas operativos

El S.O. trata como archivos a las aplicaciones y a los datos que éstas almacenan.Un archivo es un conjuno de registros relacionados.Existen (al menos) dos tipos de archivos:

Archivos de programa: conjuntos de instrucciones que componen una aplicación.Archivos de datos: guardan datos e imágenes que son mantenidos y consultados por una o más aplicaciones.


Software: sistemas operativos

El S.O. permite ejecutar los archivos de programas, que posibilitan a los usuarios tanto el ingreso y recuperación de datos, como su procesamiento y despliegue de resultados.

Programas

Archivos dedatos

Usuario

docencia.exe

alumnos.dbfcursos.dbfnotas.dbfpracticas.dbf


Traductores

Traductores: son metaprogramas que permiten convertir programas escritos en un lenguajes simbólicos a sus equivalentes en lenguaje de máquina. Pueden ser: ensambladores, compiladores o intérpretes.

Traducción

program saludo (output);

beginwriteln( “Hola mundo” );writeln( ‘chao’ )

end.

1110 1110 1001 1110 1011 0011 1100 0011 0110 1001 0101 10111011 1111 1101 10001011 0001 0101 11101101 0101 0001 10101000 0001 1110 1001

Ejecución

Programa “Fuente” Programa “objeto”Comprensible por el hombre, incomprensible por el hardware.

Comprensible por hardware, de difícil comprensión por el hombre.


Traductores: ensambladores

Son programas traductores que transforman programas escritos en lenguajes simbólicos de bajo nivel (lenguaje ensamblador o Assembler) en programas objeto. Cada instrucción en lenguaje fuente se transforma en una única instrucción en lenguaje objeto.

START: MVI A,0MOV B,A

LOP1: OUT 1DCR AJNZ LOP1MOV A,BDCR AJZ CONTMOV B,A

Ensamblador

1101 1101 11000110 1011 10110011 00011110 01001011 11000111 1011 10111110 01001100 01000111 1011 1011

Programa “Fuente” Programa “objeto”


Traductores: compiladores e intérpretes

Son programas traductores que transforman programas escritos en lenguajes simbólicos de alto nivel, en programas objeto. Cada instrucción en lenguaje fuente se transforma en una o más instrucciones en lenguaje objeto.El compilador traduce todo el programa fuente y si no hay errores genera el programa objeto, que luego es posible ejecutar.El intérprete traduce y ejecuta inmediatamente cada línea del programa fuente.



Compilación:

Interpretación:

i = 1DO WHILE i <= 3

PRINT iSTORE i + 1 TO i

ENDDO

Compilador

110 1111011 1001 1011100 1011 1011010 1101 1011100 0010 0001110 1011101 0011 1111111 0001 1110

i = 1DO WHILE i <= 3

PRINT iSTORE i + 1 TO i

ENDDO

Ejecución

Intérprete

i = 1 101 1111 EjecuciónDO WHILE i<=3

PRINT i

STORE i + 1 TO i

ENDDO

DO WHILE i<=3

011 1001 1011100 1011 1011

100 0010 0001

010 1101 1011

110 1011

...011 1001 1011100 1011 1011

Ejecución

Ejecución

Ejecución

Ejecución

Ejecución



Algunos lenguajes de alto nivel:

FORTRAN: primer lenguaje de alto nivel. Para aplicaciones científicas y de ingeniería (de FORmula TRANslator).

COBOL: lenguaje universal para el desarrollo de aplicaciones comerciales, facilita el manejo de archivos y la generación de informes (de Common BusinessOriented Languaje).

BASIC: diseñado para principiantes, pero no es estructurado (de Beginner´s All-purpose Symbolic InstructionCode).

Pascal: creado para la docencia de la programación, se amplió su uso a todo tipo de aplicaciones (en homenaje a Blaise Pascal).

C: creado para la programación del sistema operativo UNIX, se amplió su uso a todo tipo de aplicaciones.

ADA: intento de obtener un lenguaje para programar todo tipo de aplicaciones (en homenaje a Agusta Ada Byron, condesa de Lovelace).

otros: PL/I, MODULA, etc.



Otros lenguajes y extensiones de fabricantes:

xBase: (dBase, Clipper, Fox, y otros) creado para facilitar el manejo de archivos de datos en el desarrollo de aplicaciones comerciales.

Visual Basic: extensión estructurada del BASIC para la generación de aplicaciones con G.U.I. (Graphic User Interface) en entorno Windows y arquitectura Cliente/Servidor.

Delphi: basado en el Pascal, tiene prestaciones similares al anterior.

Visual C, Visual C++: extensión del C, incorpora objetos y se usa en la programación de sistemas y en aplicaciones similares a los anteriores.



Java: es un lenguaje de programación y una plataforma de ejecución creados por un equipo de investigadores de Sun Microsystems a comienzos de los 90’s. Este lenguaje se llamaba originalmente “Oak”, y fue concebido para la programación de electrodomésticos.


Plataformas de desarrollo

Para el desarrollo de aplicaciones empresariales de varios niveles:

.Net (“Dot Net”): framework de software propuesto por Microsoft. Característica: soporta diferentes lenguajes de programación.

J2EE (“Java 2 Platform Enterprise Edition”): ambiente centrado en Java, desarrollado por Sun Microsystems, par el desarrollo de aplicaciones basadas en Web. Característica: es independiente de la plataforma.


Aplicaciones

Son los programas disponibles para los usuarios finales. Se pueden clasifican como:

Aplicaciones estándares: se comercializan para ser utilizadas en cualquier empresa o por particulares. Por ejemplo:

– Procesadores de texto, planillas electrónicas, programas para presentaciones.

– Programas de apoyo a la investigación científica y tecnológica (ej. solvers para optimización en I.O.)

– Programas CAD (Computer Aided Design) / CAM (Computer Aided Manufacturing)

Aplicaciones a medida: se desarrollan para una determinada empresa, en respuesta a sus necesidades particulares (ej. Sistema de Personal, de Ventas, etc.).


Interfaz de usuario

Interfaz de consola:


Interfaz de usuario

Graphic User Interface (GUI) con ventanas:


Interfaz de usuario

Interfaz “Web”:

Documents

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