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Tema 1 introduccion sistemas informaticos
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  • 1. ISO (Mhc) TEMA 1 INTRODUCCIÓN: SISTEMAS INFORMÁTICOS ÍNDICE1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS INFORMÁTICOS ............................... 4 1.1 DEFINICIÓN DE ORDENADOR .............................................................................................. 4 1.2 DEFINICIÓN DE SISTEMA INFORMÁTICO ........................................................................ 42 INTRODUCCIÓN AL HW DE LOS ORDENADORES.................................... 43 BUSES ..................................................................................................................... 6 Ancho del bus............................................................................................................................................................... 6 3.1.1 TIPOS DE BUSES ................................................................................................................ 6 3.1.1.1 Según el tipo de información que transporten ................................................................................ 6 3.1.1.1.1 Bus de datos .......................................................................................................................................... 6 3.1.1.1.2 Bus de direcciones ................................................................................................................................ 6 3.1.1.1.3 Bus de control ....................................................................................................................................... 6 3.1.1.2 Según su situación física ................................................................................................................ 6 3.1.1.2.1 Buses internos ....................................................................................................................................... 6 3.1.1.2.2 Buses externos ...................................................................................................................................... 64 UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (UCP) ....................................................... 6 4.1 REGISTROS ................................................................................................................................ 7 4.1.1 ESTRUCTURA DE UN REGISTRO BÁSICO....................................................................... 7 4.1.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS REGISTROS......................................................................... 8 4.1.3 MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS REGISTROS .................................................. 8 4.1.3.1 Escritura y lectura en paralelo ........................................................................................................ 8 4.1.3.2 Escritura y lectura en serie.............................................................................................................. 8 4.1.4 OPERACIONES BÁSICAS DE LOS REGISTROS ............................................................... 8 4.2 LA UNIDAD DE CONTROL (UC) ............................................................................................. 9 4.2.1 CICLO DE LA UC ................................................................................................................ 9 4.2.2 DISEÑO DE LA UC. JUEGO DE INSTRUCCIONES ......................................................... 9 4.2.3 COMPONENTES DE LA UNIDAD DE CONTROL ............................................................ 9 4.3 LA UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA (ALU) ....................................................................... 10 4.3.1 COMPONENTES DE LA UAL ........................................................................................... 10 4.3.1.1 Los circuitos lógicos ..................................................................................................................... 10 4.3.1.2 Registros de entrada ..................................................................................................................... 11 4.3.1.3 Registro acumulador..................................................................................................................... 11 4.3.1.4 El registro de estado ..................................................................................................................... 115 MEMORIA ........................................................................................................... 11 5.1 OPERACIONES EN LAS MEMORIAS .................................................................................. 12 5.2 COMPONENTES DE LAS MEMORIAS ................................................................................ 12 5.3 CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMORIAS ......................................................................... 12 5.3.1 LONGITUD DE PALABRA ................................................................................................ 12 5.3.2 TAMAÑO Ó CAPACIDAD ................................................................................................. 12 5.3.3 TIEMPO DE ACCESO ....................................................................................................... 12 5.3.4 VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE DATOS ............................................................. 12 5.3.5 CICLO DE MEMORIA ....................................................................................................... 12 5.4 CLASIFICACIÓN DE LAS MEMORIAS ............................................................................... 12 5.4.1 SEGÚN LA POSIBILIDAD DE MODIFICARLAS ............................................................. 12 5.4.1.1 Memorias de solo lectura (rom) .................................................................................................... 13Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 1 de 39
  • 2. ISO (Mhc) 5.4.1.2 Memorias de lectura-escritura (rwm) ........................................................................................... 13 5.4.2 SEGÚN EL TIEMPO QUE LOS DATOS PERMANECEN GRABADOS ........................... 13 5.4.2.1 De lectura destructiva ................................................................................................................... 13 5.4.2.2 Con refresco ................................................................................................................................. 13 5.4.2.3 Memorias volátiles ....................................................................................................................... 13 5.4.2.4 Memorias no volátiles (permanentes) ........................................................................................... 13 5.4.3 EN FUNCIÓN DE LOS TRASDUCTORES ........................................................................ 13 5.4.3.1 Memorias estáticas ....................................................................................................................... 13 5.4.3.2 Memorias dinámicas ..................................................................................................................... 13 5.4.4 SEGÚN SU MECANISMO DE DIRECCIONAMIENTO .................................................... 13 5.4.4.1 Direccionamiento cableado .......................................................................................................... 13 5.4.4.2 Direccionamiento no cableado ..................................................................................................... 13 5.4.4.3 Memorias asociativas ................................................................................................................... 14 5.4.5 SEGÚN SU FORMA DE ACCESO..................................................................................... 14 5.4.5.1 Memorias de acceso directo (ram) ................................................................................................ 14 5.4.5.2 Memorias de acceso secuencial .................................................................................................... 14 5.5 JERARQUÍA DE MEMORIA .................................................................................................. 14 5.6 MEMORIA INTERNA Ó PRINCIPAL ................................................................................... 15 5.6.1 OPERACIONES EN LA MEMORIA PRINCIPAL .............................................................. 15 5.6.2 CARACTERÍSTICAS DE LA MEMORIA PRINCIPAL ....................................................... 15 5.6.3 DISEÑO Y COMPONENTES DE LA MP........................................................................... 15 5.6.4 FUNCIONAMIENTO DE LA MEMORIA .......................................................................... 16 5.6.4.1 Operación de lectura ..................................................................................................................... 16 5.6.4.2 Operación de escritura .................................................................................................................. 16 5.6.5 DIRECCIONAMIENTO...................................................................................................... 16 5.6.5.1 Espacio direccionable (mapa de memoria) ................................................................................... 16 5.6.5.2 Necesidad de distintos modos de direccionamiento ..................................................................... 17 5.7 MEMORIA CACHÉ .................................................................................................................. 17 5.7.1 FUNCIONAMIENTO ......................................................................................................... 17 5.7.2 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN SU UBICACIÓN FÍSICA ...................................................... 17 5.7.2.1 Caché interna ................................................................................................................................ 17 5.7.2.2 Caché externa ............................................................................................................................... 17 5.7.3 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN SU UBICACIÓN LÓGICA .................................................... 17 5.7.3.1 Caché de MP ................................................................................................................................ 17 5.7.3.2 Caché de disco .............................................................................................................................. 17 5.7.4 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN EL TIPO DE INFORMACIÓN QUE ALMACENA ............... 17 5.7.4.1 Caché de instrucciones ................................................................................................................. 17 5.7.4.2 Caché de datos .............................................................................................................................. 17 5.7.5 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN LAS OPERACIONES QUE PERMITE REALIZAR............... 18 5.7.5.1 Caché de lectura ........................................................................................................................... 18 5.7.5.2 Caché de escritura ........................................................................................................................ 186 COMUNICACIÓN CON EL EXTERIOR (PERIFÉRICOS DE E/S YALMACENAMIENTO)............................................................................................... 18 6.1 ESTRUCTURA FÍSICA DE LA E/S......................................................................................... 18 6.1.1 CONTROLADOR................................................................................................................ 19 6.1.2 PERIFÉRICO ..................................................................................................................... 19 6.1.3 INTERFACE ....................................................................................................................... 19 6.1.3.1 Tipos de interfaces según su forma de comunicación con el periférico ........................................ 19 6.1.3.1.1 Interfaces paralelo ............................................................................................................................... 19 6.1.3.1.2 Interfaces serie .................................................................................................................................... 19 6.1.3.2 Tipos de interfaces según su forma de efectuar la sincronización ................................................ 20 6.1.3.2.1 Interfaces síncronas............................................................................................................................. 20 6.1.3.2.2 Interfaces asíncronas ........................................................................................................................... 20 6.2 PROCEDIMIENTOS SW PARA REALIZAR LA E/S ........................................................... 20 6.2.1 E/S GOBERNADA POR PROGRAMA ............................................................................... 20 6.2.2 E/S GOBERNADA POR INTERRUPCIONES .................................................................... 20 6.2.3 E/S POR ACCESO DIRECTO A MEMORIA (DMA) ......................................................... 20 6.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS PERIFÉRICOS DE E/S ....................................................... 21 6.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS PERIFÉRICOS DE ALMACENAMIENTO ..................... 217 INTRODUCCIÓN AL SOFTWARE ................................................................. 238 CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN ..................................................... 24Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 2 de 39
  • 3. ISO (Mhc) 8.1 SISTEMAS DE CODIFICACIÓNDE NÚMEROS ................................................................. 24 8.1.1 DEFINICIÓN DE SISTEMA DE NUMERACIÓN .............................................................. 24 8.1.2 SISTEMA DECIMAL .......................................................................................................... 24 8.1.3 SISTEMA BINARIO ............................................................................................................ 25 El sistema binario es posicional: Numerando de derecha a izquierda los dígitos de un número, empezando por cero, el valor decimal de la posición es 2n.............................................................................................. 25 8.1.4 SISTEMA OCTAL ............................................................................................................... 25 Sistema posicional: Numerando de derecha a izquierda los dígitos de un número, empezando por cero, el valor decimal de la posición es 8n. ............................................................................................................... 25 8.1.5 SISTEMA HEXADECIMAL ................................................................................................ 26 8.1.6 CONVERSIÓN ENTRE SISTEMAS .................................................................................... 26 8.1.7 OPERACIONES EN BINARIO ........................................................................................... 28 8.2 SISTEMAS DE CODIFICACIÓN ALFANUMÉRICOS........................................................ 299 REPRESENTACIÓN INTERNA DE LA INFORMACIÓN ........................... 30 9.1 REPRESENTACIÓN INTERNA DE DATOS ENTEROS ..................................................... 31 9.1.1 MODULO SIGNO .............................................................................................................. 31 9.1.2 COMPLEMENTO A UNO .................................................................................................. 31 9.1.3 COMPLEMENTO A DOS................................................................................................... 31 9.1.4 EXCESO Z (2N-1 ) ................................................................................................................ 32 9.2 REPRESENTACIÓN INTERNA DE DATOS REALES ........................................................ 32 9.2.1 COMA FLOTANTE ............................................................................................................ 3210 SOFTWARE ......................................................................................................... 35 10.1.1 Software de sistema, Software básico o Sistema operativo ........................................... 36 10.1.1.1 Programas de control............................................................................................................... 37 10.1.1.2 Programas de servicio o de proceso ........................................................................................ 37 10.1.2 Programas de aplicación ............................................................................................... 37 10.2 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN ............................................................................................ 38Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 3 de 39
  • 4. ISO (Mhc)1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS INFORMÁTICOSEl tratamiento de la información tiene 3 pasos fundamentales: entrada, proceso y salida. ENTRADA datos de PROCESO resultados SALIDA entrada1.1 DEFINICIÓN DE ORDENADORMáquina compuesta de elementos físicos de tipo electrónico, capaz de realizar una granvariedad de trabajos a gran velocidad y con gran precisión, siempre que se le den lasinstrucciones adecuadas. ELEMENTOS Datos de entrada ELEMENTOS DE resultados ELEMENTOS DE ENTRADA PROCESO DE SALIDA programa1.2 DEFINICIÓN DE SISTEMA INFORMÁTICOConjunto de elementos que permiten el tratamiento automatizado de la información.Todo sistema informático puede dividirse en: - USUARIOS. Elementos (personas u otros dispositivos) que tratan de resolver una serie de problemas mediante el procesamiento de datos. - HARDWARE. Parte física que representa el ordenador, es decir, a los elementos tangibles que lo componen, tales como el monitor y el teclado, así como los cables y chips que forman la máquina. - SOFTWARE. Se refiere al conjunto de datos, aplicaciones y programas que permiten operar con el ordenador, así como controlar y coordinar los distintos elementos hardware. En definitiva, es la parte intangible que sabemos que se encuentra en el ordenador, pero que sólo podemos acceder a ella a través de los elementos de entrada y salida (que forman parte del hardware) del sistema. Es el elemento lógico del ordenador. Podemos clasificarlo en: . Datos de usuario. Es la información objeto de procesamiento . Programas de aplicación. Definen cómo hay que utilizar los recursos HW para resolver los problemas de los usuarios. Pueden ser programas comerciales, o programas creados por los propios usuarios . Sistema Operativo. Controla el uso del HW por parte de los distintos programas de aplicación de los diversos usuarios. Es así, una "interfaz" entre el usuario y el HW, para facilitar el uso de este HW.2 INTRODUCCIÓN AL HW DE LOS ORDENADORESSegún la arquitectura de Von Newman, en un ordenador distinguimos varios tipos decomponentes o unidades físicas, que identificamos de la siguiente manera:Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 4 de 39
  • 5. ISO (Mhc) - Unidad central de proceso - Sistema de memoria - Unidades de entrada/salida y almacenamiento - Buses- UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (PROCESADOR OMICROPROCESADOR)Es la encargada del procesamiento de la información. Podemos decir que es el elementofundamental del ordenador. En ella incluimos: . el tratamiento de la información . supervisión de todo el sistema informático . realización de los cálculos necesarios . organización y gestión de las distintas actividades- SISTEMA DE MEMORIAEs la unidad del ordenador en donde se almacenan los datos y las instrucciones de losprogramas en ejecución, que recupera y graba en ella la UCP a través de las dosoperaciones básicas definidas sobre ella: lectura y escritura.- UNIDADES DE ENTRADA/SALIDA Y ALMACENAMIENTO(PERIFÉRICOS)Son los componentes físicos que permiten la entrada y salida de la información. Estáncontrolados y dirigidos por la UCP. Entre sus funciones también se encuentra elpermitir rápido acceso a la información y almacenamiento de la misma.- BUSESConstituye el medio físico a través del cual se comunican entre sí los distintoscomponentes que forman el ordenador. BUS DEL SISTEMA Periféricos de Periféricos de Memoria Periféricosalmacenamiento entrada principal Procesador (UCP) de salida(Mem. auxiliar) Unidad de control + Unidad aritmético- lógica Figura 1: Esquema básico del Hardware, según Von NewmanTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 5 de 39
  • 6. ISO (Mhc)3 BUSESEs una línea de interconexión portadora de información, constituida por varios hilosconductores (en sentido físico) o varios canales o líneas (en sentido de la lógica detransmisión), por cada una de las cuales se transporta un bit de información.Los distintos subsistemas del ordenador intercambian inf gracias a los buses.Ancho del busEs el nº de líneas que forman un bus, y que puede transmitir simultáneamente enparalelo (un bus de 16 líneas, podrá enviar 16 bits al mismo tiempo)3.1.1 TIPOS DE BUSES3.1.1.1 Según el tipo de información que transporten3.1.1.1.1 Bus de datosPor él circulan los datos y las instrucciones. Sirve para transmitir información entre elmicroprocesador, la memoria y los periféricos.El flujo es de doble sentidoEl ancho de este bus es una medida de la potencia del microprocesador.3.1.1.1.2 Bus de direccionesPor él circula el nº binaria de la dirección de memoria a la cual la UCP quiere acceder.Tiene sentido de flujo unidireccional desde la UCP hacia la memoriaEl ancho de este bus determina la cantidad de espacio direccionable directo: 2n, siendon el número de líneas del bus de direcciones.3.1.1.1.3 Bus de controlPor él circulan las señales que dirigen el correcto funcionamiento del sistema (señales dereloj, alimentación, interrupciones...)Es de doble sentido de flujo.3.1.1.2 Según su situación física3.1.1.2.1 Buses internosMueve datos entre los componentes internos del microprocesador3.1.1.2.2 Buses externosSe utiliza para comunicar la UCP y otras partes, como periféricos y memoria.4 UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (UCP)Es la encargada de controlar y sincronizar todas las tareas del sistema informático, asícomo de realizar todos los cálculos que se requieran. Es también conocida como CPU,microprocesador o procesador.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 6 de 39
  • 7. ISO (Mhc)Consta de tres partes fundamentales, unidas internamente y con el exterior mediantebuses: - La unidad de control (UC) - La unidad aritmético-lógica (UAL) - Registros Procesador (UCP) Unidad de Unidad control aritmético-lógica Registros Bus externo de direcciones Bus externo de datos Bus externo de control Figura 2: Unidad Central de Proceso4.1 REGISTROSLos procesadores no suelen operar casi nunca directamente sobre la MP (sería muy lento).Resulta mucho más conveniente que la inf sea traspasada temporalmente a unaspequeñas memorias auxiliares fijas y ultra rápidas (registros) situadas dentro del propioprocesador.Así, un registro es una zona de almacenamiento temporal de información, formado porun cjto de biestables colocados de tal forma que pueden almacenar la información enformato binario.La inf de un registro debe ser accesible desde el exterior, y podrá ser modificable con uncjto de operaciones sencillas.4.1.1 ESTRUCTURA DE UN REGISTRO BÁSICOTodo registro está formado por: - Un conjunto de N biestables. Son el espacio físico de almacenamiento. La longitud del registro viene dada por el número de biestables que lo forman.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 7 de 39
  • 8. ISO (Mhc) - Líneas de entrada. Permiten introducir inf en el registro - Líneas de salida. Permiten extraer la inf del registro - Líneas de órdenes. Su activación permitirá realizar operaciones de lectura y escritura sobre el registro Líneas de salida de datos BN-1 BN-2 B1 B0 Líneas de ... órdenes Líneas de entrada de datos4.1.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS REGISTROS- Pequeña dimensión. 16 ó 32 bits (normalmente coincide con el tamaño del bus de datos)- Acceso directo. La UC puede acceder directamente a la información que contienen.- Uso de buses. La transferencia de inf entre registros se realiza a través de los buses- Nº de registros es la característica fundamental de la arquitectura de un microprocesador. Cuantos más registros existan, habrá menor necesidad de referencias a memoria principal (ahorro de tiempo).- Equilibrio velocidad – coste. El conjunto de registros constituye una memoria interna de coste elevado.- Retardo Los registros tienen un retardo en la lectura y en la escritura.4.1.3 MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS REGISTROS4.1.3.1 Escritura y lectura en paraleloTodos los biestables del registro se actualizan o se transfieren de forma simultánea.4.1.3.2 Escritura y lectura en serieLos biestables del registro se actualizan o se transfieren consecutivamente. Para ello seemplean los registros de desplazamiento.4.1.4 OPERACIONES BÁSICAS DE LOS REGISTROSVeremos las siguientes: - Lectura - Escritura - Incremento y decremento - Complementación - Puesta a 0 y puesta a 1 - TransferenciaTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 8 de 39
  • 9. ISO (Mhc)4.2 LA UNIDAD DE CONTROL (UC)La UC dirige todas las actividades del ordenador.Mediante el envío de impulsos eléctricos (señales de control): - secuencia (poner en orden) la ejecución de instrucciones - sincroniza (marcar el tiempo) el funcionamiento de los componentes (mediante el reloj)4.2.1 CICLO DE LA UCLa UC se encarga de que se ejecute el programa almacenado en MC. Por cadainstrucción del programa que está siendo ejecutada por el sistema, la UC recorre unaserie de etapas que se dividen en dos fases: • Fase de búsqueda e interpretación: El objetivo de esta fase obtener el código de la siguiente instrucción a ejecutar y que se encuentra almacenada en la MP. Los pasos a grandes rasgos son: 1) Recobrar la instrucción de la memoria del ordenador (almacenándolo en un registro) 2) Interpretar el código de la instrucción. 3) Se apunta a la siguiente instrucción a ejecutar. • Fase de ejecución propiamente dicha: La instrucción interpretada es ejecutada enviando a cada componente las señales de control generadas. Los pasos son: 1) Se obtienen los datos implicados en la instrucción si es necesario 2) Se ejecuta la instrucción4.2.2 DISEÑO DE LA UC. JUEGO DE INSTRUCCIONESCada UC se diseña para ejecutar el juego de instrucciones de esa arquitectura concreta.Es el repertorio de instrucciones propioEste juego depende de la circuitería interna con la cual ha sido diseñado. Laprogramación íntima y verdadera del procesador debe hacerse usando ese juego deinstrucciones de la máquina concreta con la que estemos trabajando4.2.3 COMPONENTES DE LA UNIDAD DE CONTROLSon los siguientes: - Reloj - Registros de uso general o programables - Registros de uso específico - Registro de instrucción (ri) - Registro contador de programa (cp) - Registro de direcciones de memoria (rdim)Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 9 de 39
  • 10. ISO (Mhc) - Registro de datos de memoria (rdam) - Puntero de pila (sp) - Decodificador de instrucciones - Controlador (secuenciador) 4.3 LA UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA (ALU) Realiza las operaciones que vienen ordenadas desde la unidad de control. Se encarga de hacer todas las operaciones aritméticas (sumas, restas,...), lógicas (AND, OR,...), y de otro tipo (rotaciones, desplazamientos,...). Maneja tanto datos intermedios como finales, pero nunca maneja códigos de operación. E_RACUM Registro acumulador L_RACUM SUM RES MULA la UC Registro de estado AND CIRCUITO COMBINACIONAL ... INC E_RE2_I E_RE1 Reg Entrada 1 Reg Entrada 2 E_RE2_E BUS DE DATOS EXTERNO 4.3.1 COMPONENTES DE LA UAL Dentro de la UAL distinguimos diferentes partes: - Los circuitos lógicos - Registros de entrada - Registro acumulador - El registro de estado 4.3.1.1 Los circuitos lógicos Es uno o varios circuitos combinacionales encargados de realizar las operaciones con los datos. Tiene las siguientes entradas: Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 10 de 39
  • 11. ISO (Mhc) - Registros de entrada. Su contenido está siempre presente en las entradas del circuito combinacional. - Entradas de órdenes. Le indican el tipo de operación que hay que realizar con los datos de entrada. Sólo una de esas órdenes estará activa en cada instante. Las órdenes más típicas son: SUM, RES, MUL, INC, DEC, NOT, AND, OR, ORX, ...4.3.1.2 Registros de entradaSe encargan de almacenar los operandos de entrada al circuito combinacional4.3.1.3 Registro acumuladorSirve como registro de almacenamiento de los resultados de las operaciones de la UAL4.3.1.4 El registro de estadoContiene diferente indicadores (flags) para informar al controlador de la UC acerca delresultado que se obtuvo al ejecutar la última instrucción.Está formado por un cjto de biestables (flags), accesibles por separado. Cada biestableseñala una determinada condición sobre el último valor escrito en el acumulador.La estructura del registro de estado depende de cada arquitectura. Los indicadores másfrecuentes son: - Z: Biestable indicador de 0. Se activa (se pone a 1) cuando el valor escrito en el acumulador es 0 - N: Biestable indicador de negativo - C: Biestable indicador de acarreo - O: Biestable indicador de desbordamiento (overflow) - P: Biestable indicador de paridad. Se activa cuando el nº de 1’s almacenados en el acumulador es par - CP: Biestable de acarreo parcial. Se activa cuando la operación realizada produjo acarreo entre el 4º y el 5º bit (fundamental en operaciones en BCD)5 MEMORIAUn elemento o celda de memoria es cualquier dispositivo capaz de almacenar un bit deinf.Es decir, estará en uno de 2 estados posibles: estado 0 y estado 1.Una memoria es un componente HW formado por un cjto organizado de celdas dememoria, formando palabras o posiciones de memoria (será su unidad de acceso).A cada palabra le corresponde una dirección única (posición relativa respecto delprincipio), y es a través de esa dirección como se accede a cada palabra de la memoria.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 11 de 39
  • 12. ISO (Mhc)5.1 OPERACIONES EN LAS MEMORIASLectura.- Determinada información que está en una dirección de memoria se pone adisposición de la UC.Escritura.- Se graba información en una posición determinada de la memoria. Estaoperación es destructiva.5.2 COMPONENTES DE LAS MEMORIASUna memoria se compone de los siguientes elementos básicos: 1. El medio o soporte donde se almacenan los datos (ceros o unos). Ha de cumplir tres 1. condiciones: - Ha de presentar dos estados estables, caracterizados por una magnitud física. - Se ha de poder pasar de un estado a otro aplicando una señal externa. - Se ha de poder detectar el estado existente en todo momento. 2. Un trasductor que coloque en el soporte el dato deseado o que detecte su valor actual. 3. Un mecanismo de direccionamiento, que seleccione el punto de memoria deseado.5.3 CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMORIAS5.3.1 LONGITUD DE PALABRATamaño en bits de cada palabra o posición de memoria. (ej. 8, 16, 32, 64,...)5.3.2 TAMAÑO Ó CAPACIDADEs la cantidad de información que puede almacenar, medida en unidades de bits, bytes opalabras, junto con los prefijos K, M, G, T (ej. 256 Kb)5.3.3 TIEMPO DE ACCESOTiempo transcurrido desde que se solicita una lectura hasta que la inf está disponible.5.3.4 VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE DATOSSe puede definir la velocidad como la cantidad de inf leída o escrita por unidad detiempo. Se mide en bps ó en HZ (MHz)5.3.5 CICLO DE MEMORIAEs el tiempo requerido en la ejecución de una operación de memoria y la solicitudinmediata a la memoria de otra operación idéntica.5.4 CLASIFICACIÓN DE LAS MEMORIAS5.4.1 SEGÚN LA POSIBILIDAD DE MODIFICARLASTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 12 de 39
  • 13. ISO (Mhc)5.4.1.1 Memorias de solo lectura (rom)El contenido de la memoria no puede ser modificado5.4.1.2 Memorias de lectura-escritura (rwm)El contenido de la memoria puede modificarse durante su funcionamiento5.4.2 SEGÚN EL TIEMPO QUE LOS DATOS PERMANECEN GRABADOS5.4.2.1 De lectura destructivaLa lectura implica el borrado de la información, por lo que cada vez que se realiza unalectura debe volverse a grabar el dato.5.4.2.2 Con refrescoAunque la memoria este alimentada, los datos se van degradando llegando un momentoen que no se pueden leer correctamente. Para que sean útiles, deben refrescarseperiódicamente.5.4.2.3 Memorias volátilesEl contenido de la memoria desaparece cuando se desconecta5.4.2.4 Memorias no volátiles (permanentes)Su contenido se mantiene aunque se desconecte de la corrientePara almacenar la información básica del equipo se necesita una memoria no volátil(ROM o alguna de sus variantes): PROM, EPROM, EEPROM5.4.3 EN FUNCIÓN DE LOS TRASDUCTORES5.4.3.1 Memorias estáticasEl trasductor esta físicamente unido al soporte, existiendo un cableado que emiteacceder al dato deseado. Es el caso de las memorias de semiconductores.El tiempo de acceso es independiente de la posición buscada5.4.3.2 Memorias dinámicasEl punto de memoria debe posicionarse frente al trasductor para poder ser leído ograbado.5.4.4 SEGÚN SU MECANISMO DE DIRECCIONAMIENTO5.4.4.1 Direccionamiento cableadoSe da en memorias estáticasEn una memoria estática el mecanismo de direccionamiento es inherente a su propiaconstrucción. El cableado permite activar el punto de memoria deseado.Este tipo de acceso se llama acceso por palabra y el tiempo de acceso es fijo.5.4.4.2 Direccionamiento no cableadoSe da en memorias dinámicasTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 13 de 39
  • 14. ISO (Mhc)La técnica más empleada consiste en empaquetar la información en bloques. Por lotanto, estas memorias se utilizan para acceder a bloques completos y no a posicionesindividualizadas.Es el tipo de acceso por bloques.5.4.4.3 Memorias asociativasLa escritura se hace mediante direccionamiento cableado, pero la lectura es porcontenido.5.4.5 SEGÚN SU FORMA DE ACCESO5.4.5.1 Memorias de acceso directo (ram)Se puede acceder en cualquier momento a cualquier palabra de la memoria.Es decir, el tiempo de acceso a cualquier posición de memoria es independiente de ladirección de esa posición de memoria.5.4.5.2 Memorias de acceso secuencialLas diferentes posiciones de memoria están ordenadas por su dirección.En una memoria de acceso secuencial es necesario recorrer todas las posicionesintermedias entre la actual y la que se desea acceder.5.5 JERARQUÍA DE MEMORIASe pueden catalogar las memorias en función de los siguientes factores: - Coste (minimizar) - Tiempo de acceso a la información. (minimizar) - Capacidad. (maximizar)La memoria está estructurada en diferentes niveles, siguiendo un criterio jerárquico enfunción de la probabilidad de uso.Dado que la utilización de la inf va variando según las necesidades de los usuarios debeproducirse un continuo movimiento ascendente y descendente de la información, de talforma que en los niveles superiores se encuentre disponibles aquellos datos que vayan aser usados por la CPU. Muy rápidos REGISTROS MÁQUINA Poca capacidad + - Muy carosRapidez Rápidos MEMORIA CACHÉ No mucha capacidadCoste Coste por posición elevado ( por unidad de almacenamiento) Capacidad MEMORIA PRINCIPAL MEMORIA SECUNDARIA DAAD: Soporta lo que no entra en Memoria - + PrincipalTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 14 de 39
  • 15. ISO (Mhc)5.6 MEMORIA INTERNA Ó PRINCIPALEs el elemento encargado de almacenar la información necesaria durante la fase deproceso.Así, la MP almacena: - Las instrucciones que constituyen el programa a ejecutar (carga del programa). - Los datos (iniciales, intermedios y resultados) que necesita el programa durante la ejecuciónLa MP es un componente pasivo, es decir, se deja hacer: almacenar información y poderrecuperarla.La CPU trae y lleva datos directamente desde y hacia la memoria, a través del bus dedatos y utilizando el bus de direcciones, para indicar a qué celda se quiere acceder.Sólo los datos almacenados en la memoria son procesables por la CPU.5.6.1 OPERACIONES EN LA MEMORIA PRINCIPALLectura.- Determinada información que está en una dirección de memoria se pone adisposición de la UC. La lectura es no destructiva.Escritura.- Se graba información en una posición determinada de la memoria. Estaoperación es destructiva.5.6.2 CARACTERÍSTICAS DE LA MEMORIA PRINCIPAL - Es una memoria RAM: permite acceso directo (se puede acceder aleatoriamente a cualquier posición) - Se puede reescribir (se permiten la lectura y escritura tantas veces como sea necesario) - Esta memoria es volátil (los datos almacenados se pierden al apagar el ordenador).5.6.3 DISEÑO Y COMPONENTES DE LA MPEstá constituida por multitud de posiciones de memoria, numeradas de formaconsecutiva (dirección de memoria), capaces de retener la información necesaria.Las direcciones de memoria sirven para podernos dirigir a una determinada posición dememoria directamente (memoria de acceso directo). Bus de direcciones n L_MP MEMORIA PRINCIPAL E_MP m Bus de datosTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 15 de 39
  • 16. ISO (Mhc)Puede haber opcionalmente:- Registro de dirección. Contiene la dirección de memoria donde se encuentra lainformación (lectura) o donde va a ser almacenada (escritura).- Registro de datos. Es donde se encuentra la información que se ha de escribir en lamemoria (escritura) o donde se coloca la información leída (lectura).5.6.4 FUNCIONAMIENTO DE LA MEMORIALas operaciones de lectura y escritura no se pueden encadenar a cualquier ritmo. Hayque dejar transcurrir un cierto tiempo entre la realización de una operación en memoriay la realización de la operación siguiente. Ese tiempo se conoce como ciclo de memoria.5.6.4.1 Operación de lecturaConsiste en obtener el contenido de alguna de las celdas de memoria. Los pasos son: - Colocar la dirección de la celda que se desea leer en las líneas de direcciones (bus de direcciones) - Activar la línea L_MP - Al cabo de un tiempo independiente de la dirección (tiempo de acceso a memoria), se presentará el contenido de la celda seleccionada en las líneas de datos y en el bus de datos (podrá ser recogido por quien lo haya solicitado)5.6.4.2 Operación de escrituraConsiste en sustituir el contenido de una celda por otro. Los pasos serían: - Colocar en las líneas de direcciones la dirección de la posición de MP donde se desea escribir - Colocar en las líneas de datos el valor binario del dato que se desea escribir - Activar la línea E_MP5.6.5 DIRECCIONAMIENTOPara acceder a la inf de la MP, se necesita saber en qué posición se encuentra. Esnecesario poder direccionar todas y cada una de las posiciones que constituyen lamemoria.Este direccionamiento se hace asignando un nº binario a cada posición de memoria. Deesta forma, con n bits se pueden direccionar hasta 2n posiciones de memoria.5.6.5.1 Espacio direccionable (mapa de memoria)En cualquier MP existe un espacio direccionable. Es el intervalo de direcciones quecontiene.Sólo depende de su capacidad.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 16 de 39
  • 17. ISO (Mhc)La cantidad de memoria máxima que se puede direccionar directamente depende del busde direcciones: será de 2n bytes, siendo n el número de líneas del bus de direcciones(para un bus de direcciones de 20 líneas, tendríamos 220 bytes = 1.048.576 bytes = 1.024 Kb = 1 Mb)5.6.5.2 Necesidad de distintos modos de direccionamientoConforme crece el nº de palabras de memoria, se hace cada vez más inviable direccionardirectamente todas las posiciones de memoria.Por eso se hace imprescindible utilizar distintas técnicas o modos de direccionamientoque permitan acceder a un gran nº de palabras de memoria, con un nº relativamentepequeño de bits.Este ahorro de bits de dirección se consigue a costa de alargar el tiempo de ejecución deinstrucciones.5.7 MEMORIA CACHÉEs una memoria auxiliar de acceso aleatorio de baja capacidad y muy rápida, que seañade entre dos sistemas de memoria para mejorar el rendimiento del ordenador.5.7.1 FUNCIONAMIENTOEn la memoria caché, el sistema guarda la información que más frecuentemente prevéque va a ser usadaCuando la UCP intenta realizar una operación de lectura sobre un disp de memoria (MPó externo), antes comprueba si está inf está ya en la caché. En caso de que así fuera,toma el dato de la caché, ahorrando accesos a la memoria más lenta (ahorro de tiempo).5.7.2 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN SU UBICACIÓN FÍSICA5.7.2.1 Caché internaIntegrada en el propio procesador5.7.2.2 Caché externaEstá fuera del procesador. Esta última es ampliable por el usuario.5.7.3 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN SU UBICACIÓN LÓGICA5.7.3.1 Caché de MPColocada entre la UCP (registros) y la MP5.7.3.2 Caché de discoColocada entre MP y unidades de almacenamiento externo (discos)5.7.4 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN EL TIPO DE INFORMACIÓN QUE ALMACENA5.7.4.1 Caché de instrucciones5.7.4.2 Caché de datosTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 17 de 39
  • 18. ISO (Mhc)5.7.5 TIPOS DE CACHÉ SEGÚN LAS OPERACIONES QUE PERMITE REALIZAR5.7.5.1 Caché de lecturaSe sitúan en la caché los datos más utilizados. Cuando se necesiten, primero se buscaránen la caché. Reduce el nº de operaciones de e/s en memorias más lentas.5.7.5.2 Caché de escrituraLas operaciones de escritura no se hacen sobre MP, sino que se escriben en la cache.Posteriormente esta inf se transfiere de forma asíncrona a MP.El objetivo de esta caché es mejorar el rendimiento liberando lo antes posible lasoperaciones de escritura6 COMUNICACIÓN CON EL EXTERIOR (PERIFÉRICOS DE E/S Y ALMACENAMIENTO)Los periféricos de e/s comunican al ordenador con el mundo exterior.Los periféricos de almacenamiento permiten guardar grandes cantidades de inf de formapermanente.La transferencia de inf desde y hacia los periféricos se hace por medio de operacionesde e/s. Esas transferencias son controladas por la CPU.En las operaciones de e/s se necesita: - Saber a qué dispositivo de e/s se desea acceder. Cada periférico se identifica con una dirección. - Determinar el estado actual de dicho disp de e/s - Indicar la función de e/s que se desea realizar6.1 ESTRUCTURA FÍSICA DE LA E/SDe forma general, su estructura es la siguiente: PROCESADOR INTERFACE CONTROLADOR PERIFÉRICOTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 18 de 39
  • 19. ISO (Mhc) 6.1.1 CONTROLADOR Gestiona directamente el periférico (p.ej. genera las órdenes de movimiento de la cabeza de l/e). Depende del tipo de disp de e/s concreto Los controladores se añaden al sistema mediante las ranuras de expansión, y vienen en forma de “tarjetas”. 6.1.2 PERIFÉRICO Es el disp. de e/s propiamente dicho 6.1.3 INTERFACE Se encarga de gestionar el intercambio de inf. entre el periférico y la UCP. No es dependiente del dispositivo de e/s Sus funciones son: - Reconocer la dirección de dispositivo de e/s - Almacenar temporalmente los datos a transferir - Generar las señales de control del disp. de e/s sincronizaciónBusde controle/s direcciones Datos Circuito detector de direcciones INTERFACE Registro de Registro de Circuito controlador estado transferencia del interface CONTROLADOR + PERIFÉRICO 6.1.3.1 Tipos de interfaces según su forma de comunicación con el periférico 6.1.3.1.1 Interfaces paralelo Los datos se reciben o se envían por bytes o grupos de bytes 6.1.3.1.2 Interfaces serie Los datos se reciben o se envían como una sucesión de bits, uno cada vez. Una interfaz serie debe incluir la circuitería para la conversión de datos paralelo a datos serie, y viceversa. Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 19 de 39
  • 20. ISO (Mhc)6.1.3.2 Tipos de interfaces según su forma de efectuar la sincronización6.1.3.2.1 Interfaces síncronasExiste una señal de reloj para sincronizar las transferencias6.1.3.2.2 Interfaces asíncronasNo existe reloj para regular las transferencias.6.2 PROCEDIMIENTOS SW PARA REALIZAR LA E/S6.2.1 E/S GOBERNADA POR PROGRAMACuando un programa necesita una operación de e/s, el programa pregunta por su estado. - Si se puede realizar la transferencia, se realiza - Si no se puede realizar la transferencia, se espera en un bucle hasta que se puedaVENTAJASMuy sencilloINCONVENIENTESPoco eficiente (la UCP no hace trabajo útil)6.2.2 E/S GOBERNADA POR INTERRUPCIONESLa UCP puede seguir trabajando mientras el periférico se prepara para recibir o aceptarun dato.Cuando se desea una transferencia de un bloque de datos, se transfiere el primer caráctery la UCP se desentiende (continúa ejecutando instrucciones de otros programas).Cuando el periférico le avisa de que ya ha acabado la transferencia, activa unainterrupción, y la UCP ejecuta una rutina de tratamiento de la interrupción, para luegocontinuar con lo que estaba haciendo, y así sucesivamente.6.2.3 E/S POR ACCESO DIRECTO A MEMORIA (DMA)Se libera aún más a la UCP de las tareas de e/s (ni siguiera realiza la transferenciapropiamente dicha)Se dota a la interface de la posibilidad de acceder a MP.Cuando hay que realizar una transferencia de un dato o bloque de datos hacia unperiférico, la UCP sólo informa a la interface de su origen en memoria y de su longitud.A partir de ahí, la UCP se desentiende de la transferencia, y la interface se ocupa detomar los buses de direcciones y de datos para acceder a MP (deteniendo para ello a laUCP, en el proceso llamado robo de ciclo), y de ir realizando las transferencias.Una interface así modificada se llama controlador de acceso directo a memoria(DMA).Necesita 2 registros adicionales: - Registro de cuenta de palabras. Para saber cuántas palabras se han transferidoTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 20 de 39
  • 21. ISO (Mhc) - Registro de dirección en curso. Almacena la dirección de MP a la que hay que acceder para leer o escribir.VENTAJASEs el método más eficienteINCONVENIENTESMás complicado6.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS PERIFÉRICOS DE E/SSon los elementos físicos externos al ordenador que permiten la comunicación entre laUCP y el exterior (usuarios).SOPORTEMedio físico que permite almacenar datos de forma que el ordenador pueda manejarloso proporcionárselos a las personas de manera inteligible.Por su naturaleza física, podemos encontrar distintos tipos de soportes (perforados,magnéticos, ópticos...)PERIFÉRICOEs un dispositivo físico capaz de comunicar información entre el usuario y el ordenador,y por tanto capaz de manejar un soporte de información. En general, todo periféricocontrola un soporte.Por el sentido de la comunicación, los periféricos se dividen en 3 grupos: - De entrada (teclado, ratón, tableta digitalizadora, lápiz óptico, micrófono, escáner...) - De salida (pantalla, impresora, plotter, altavoces...) - De entrada/salida (módem, pantalla táctil...)Atendiendo a su ubicación, otra clasificación sería la siguiente: - Locales - Remotos6.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS PERIFÉRICOS DE ALMACENAMIENTOSon los componentes físicos del ordenador destinados a contener grandes volúmenes deinformación. Son reutilizables indefinidamente (¡!)Las unidades de almacenamiento se caracterizan por: - Durabilidad - Portabilidad - fiabilidad - velocidad de transferencia (mbps) - tiempo medio de acceso (milisegundos) - tecnología: óptica y magnética - tamañoEjemplos de unidades masivas de almacenamiento son:Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 21 de 39
  • 22. ISO (Mhc) - Disquete extraible - Disco duro - CD-ROM - CD grabable o regrabable - DVD-ROM - DVD grabableTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 22 de 39
  • 23. ISO (Mhc)7 INTRODUCCIÓN AL SOFTWARE Un ordenador trabaja, fundamentalmente con dos tipos de información: lasinstrucciones y los datos. Consecuentemente su estructura y funcionamiento vendrándefinidos por las formas de representación de ambas informaciones. Las instrucciones especifican las posibles operaciones que se pueden efectuar sobrelos datos. De esta forma, los datos de entrada se procesan, de acuerdo con lasinstrucciones del programa, para obtener los datos de salida o resultados. En un ordenador existen tres tipos de datos básicos: - Datos de entrada que llegan a través de periféricos de entrada o desde unidades de almacenamiento para ser procesados. - Datos intermedios que se obtienen durante la etapa de procesamiento, pero no representan resultados definitivos. - Datos de salida que son los resultados de procesamiento. Se muestran gracias a los periféricos de salida o se guardan en unidades de almacenamiento. El ordenador debe ser capaz de representar los datos mediante los elementosmateriales de que dispone, que en general son registros y posiciones de memoria,formados por un conjunto de biestables cada uno de ellos capaz de almacenar dosestados posibles 0 y 1 a los que se denomina bit. Por tanto, un ordenador no podrá trabajar con la información utilizando nuestrosistema de representación (números, letras, caracteres especiales...), por lo que se hacennecesarios 2 cambios en la información: - Un cambio con los datos de entrada para traducirlos al código interno de la máquina (binario). - Un cambio con los resultados, que han de traducirse de código interno (binario) a un lenguaje comprensible para el hombre. Los resultados que deban almacenarse sin mostrar, se guardarán directamente sin traducir en un formato cómodo para su manipulación, ya que no salen al exterior. A estas operaciones se las denomina CODIFICACIÓN (decodificación es laoperación contraria).Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 23 de 39
  • 24. ISO (Mhc)8 CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN Los diversos tipos de representación existentes quedan clasificados teniendo encuenta los siguientes factores: - Elemento a representar (número, carácter alfabético, carácter alfanumérico…) - Forma de representación (coma flotante, binario puro…). - Características físicas de representación (tolerante a fallos, con paridad…).8.1 SISTEMAS DE CODIFICACIÓNDE NÚMEROS8.1.1 DEFINICIÓN DE SISTEMA DE NUMERACIÓN Se llama sistema de numeración al conjunto de símbolos utilizados para larepresentación de cantidades, así como las reglas que rigen dicha representación. Los sistemas de numeración que vamos a ver están basados en los mismosprincipios: - Son posicionales, es decir, el valor viene determinado por la posición que ocupa cada dígito que forma el número. Por ejemplo: 84 la unidad es 4 y la decena es 8 - Se caracterizan por tener una Base, que indica el número de símbolos de cada sistema; esta base es, además el coeficiente que determina cual es el valor de cada símbolo dependiendo de su posición. - Separadores: son , y . Sirven para separar la parte entera de la fraccionaria.8.1.2 SISTEMA DECIMAL Es un sistema en base 10, y utiliza, por tanto, 10 símbolos distintos pararepresentar cualquier cantidad (0, 1, …, 9). Es el sistema mas utilizado por el hombre y el más intuitivo (se puede contar conlos dedos). El resto de sistemas de numeración no resultan tan intuitivos y es necesariotraducir los números expresados en un sistema al decimal. Para ello se emplea elTeorema fundamental de la numeración: Numerando de la coma a la izquierda losTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 24 de 39
  • 25. ISO (Mhc)dígitos de un número, empezando por el cero, y de la coma a la derecha empezando porel -1, se obtiene el valor de ese número, multiplicando cada dígito por la base elevada alexponente que corresponde con el valor asignado, y sumando los resultados de todos losdígitos. Por ejemplo: 201,1=2*102 + 0*101 + 1*100 +1*10-18.1.3 SISTEMA BINARIO Es el sistema de numeración que utiliza internamente el HW de los ordenadores(debido a sus características técnicas).Su base es 2 y se basa en la representación de cantidades utilizando los dígitos 1 y 0.El sistema binario es posicional: Numerando de derecha a izquierda los dígitos de unnúmero, empezando por cero, el valor decimal de la posición es 2n. Por ejemplo, 1101(2 quiere decir: 1×23 + 1×22 + 0×21 + 1×20 = 8 + 4 + 0 + 1En los ordenadores, cada dígito representado en este sistema se denomina BIT. (BinaryDigit) Además, se utilizan los siguientes múltiplos: BYTE 8 Bits KILOBYTE 1024 Bytes MEGABYTE 1024 Kb GIGABYTE 1024 Mb TERABYTE 1024 Gb8.1.4 SISTEMA OCTAL En este caso la base 8. Se utilizarán, por tanto, los dígitos del 0 al 7.Se utiliza por su facilidad de transformar un nº binario a otra base potencia de 2 (2³=8) Sistema posicional: Numerando de derecha a izquierda los dígitos de unnúmero, empezando por cero, el valor decimal de la posición es 8n. Por ejemplo, 437(8 quiere decir: 4×82 + 3×81 + 7×80 = 256 + 24 + 7Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 25 de 39
  • 26. ISO (Mhc)8.1.5 SISTEMA HEXADECIMAL Existen 16 símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Los símboloshexadecimales A al F se corresponden con los valores decimales 10 al 15.Se utiliza por su facilidad de transformar un nº binario a otra base potencia de 2 (2³=16) Sistema posicional: Numerando de derecha a izquierda los dígitos de un número,empezando por cero, el valor decimal de la posición es 16n. Por ejemplo, B7D3(16 quiere decir: 11×163 + 7×162 + 13×161 + 3×160 = 45056 + 1792 + 208 + 38.1.6 CONVERSIÓN ENTRE SISTEMAS Podemos hacer conversiones entre el sistema decimal y cualquier otro sistema,basándonos en el Teorema Fundamental de Numeración: - Teorema Fundamental de Numeración“El valor decimal de una cantidad expresada en otro sistema de numeración viene dadopor la fórmula: “ ... + X3*B³ + X2*B² + X1*B¹ + X0*Bº + X-1*B-¹ + X-2)*B-² + ... Así, es muy fácil pasar de un sistema a otro, utilizando como sistema intermedioel sistema decimal (el octal se usa por su facilidad para convertirlo a binario, formandogrupos de 3 bits. Igual pasa con el hexadecimal, pero formando grupos de ó de 4 bits). Cuando un número tenga parte entera y parte fraccionaria, y queramos cambiarlode base, cambiaremos por separado la parte entera y la parte fraccionaria, cada una deellas con el método que le corresponda. - Pasar de una base cualquiera a base 10 - Números enteros Realizaremos la suma de los productos de cada dígito por su valor de posición.Los valores de posición se obtienen como potencias sucesivas de la base, de derecha aizquierda, empezando por el exponente cero. - Números fraccionarios Para representar los números fraccionarios se usa el mismo esquema que paralos enteros. Lo que ocurre es que ahora el esquema se extiende para exponentesmenores que cero.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 26 de 39
  • 27. ISO (Mhc)Por ejemplo, para base 2, tendríamos:0,1001(2 = 1×2-1 + 0×2-2 + 0×2-3 + 1×2-4 = 1×1/2 + 0×1/4 + 0×1/8 + 1×1/16 = 0,5625(10 - Pasar de base 10 a otra base - Números enteros Dividimos el número a convertir entre la nueva base. El cociente se vuelve a dividir por la base, y así sucesivamente hasta que elcociente sea inferior a la base.El último cociente y los restos (en orden inverso) indican los dígitos en la nueva base. - Números fraccionarios Multiplicaremos la fracción decimal repetidamente por la base del nuevosistema. Los números a la izquierda de la coma en el resultado se escriben como partedel nuevo número binario, y se extraen de la operación dejando siempre un cero. Asíhasta que la parte decimal es cero o no queramos más dígitos significativosPor ejemplo:0,5835 x 2 = 1,1670 10,1670 x 2 = 0,3340 00,3340 x 2 = 0,6680 0 0,5835(10=0,100101(20,6680 x 2 = 1,3360 10,3360 x 2 = 0,6720 00,6720 x 2 = 1,3440 1 - Pasar en general de una base m a otra base n Para pasar en general de una base m a otra base n, haremos lo siguiente: primeropasaremos de base m a base 10 (método conocido) y luego de base 10 a base n (tambiénconocido).En ocasiones para pasar de una base m a otra base n no es necesario hacer lo que seacaba de indicar, sino que se puede usar un método mucho más simple.Cualquier base de numeración que sea potencia de otra base (como las bases 2, 8 y 16)tienen una correspondencia.De este modo, por ejemplo, podemos:- representar cada dígito octal en forma de una combinación de tres dígitos binarios- representar cada dígito hexadecimal como cuatro dígitos binariosTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 27 de 39
  • 28. ISO (Mhc)Por ejemplo:375(8 011 111 101(2A3F6(16 1010 0011 1111 0110(28.1.7 OPERACIONES EN BINARIO Un ordenador opera internamente en binario de muy diversas formas (según susistema de representación). Desarrollaremos las operaciones aritméticas binarias elementales. - Suma binaria Es semejante a la suma en decimal. Se van haciendo sumasa b S Ac parciales, y cuando el resultado excede de los símbolos utilizados,0 0 0 0 se agrega el acarreo a la suma parcial siguiente.0 1 1 01 0 1 01 1 0 1 - Resta binaria Es semejante a la resta en decimal. Se van haciendo restas parciales ya b R al realizar las restas parciales entre 2 dígitos, uno del minuendo y0 0 0 otro del sustraendo, si el segundo excede al primero, se sustrae una0 1 no cabe unidad del dígito de más a la izquierda en el minuendo (si existe y1 0 1 vale 1), convirtiéndose este último en 0 y equivaliendo la unidad1 1 0 extraída a 1*2 en el minuendo de resta parcial que estamosrealizando. Si es 0 el dígito siguiente a la izquierda, se busca en los sucesivos teniendoen cuenta que su valor se multiplica por 2 a cada desplazamiento a la derecha.Por ejemplo: Restar 11101 y 111. 2 002 11101 00111 10110Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 28 de 39
  • 29. ISO (Mhc) - Multiplicación binariaa b M Se realiza de forma similar a la multiplicación decimal, salvo que la suma0 0 0 final de los productos parciales se hace en binario.0 1 01 0 01 1 1 - División binaria 100010 110 Se realiza de forma idéntica a la 110 1 0 1 …….. cociente división decimal, salvo que las 001010 multiplicaciones y restas internas al 110 proceso de la división se hacen en 1 0 0 ………………..resto binario.8.2 SISTEMAS DE CODIFICACIÓN ALFANUMÉRICOS. Se representa cada carácter por medio de un byte, con lo cual todo tipo deinformaciones pueden ser utilizadas internamente, formando cadenas de bytes sucesivosque representarán cadenas de caracteres. En la actualidad se emplean códigos de 8 bits. Este tipo de codificación se emplea en la entrada y salida de datos del ordenador,estando preparados todos sus periféricos para trabajar de este modo. En todos los sistemas de codificación se ha procurado cumplir tres reglas muyútiles: 1. Intentar que el reconocimiento de los caracteres numéricos sea muy sencillo, dada la repetición de operaciones de traducción desde otros métodos de representación numéricos. 2. Que los códigos para las letras mayúsculas y minúsculas difieran sólo en un bit para que ciertos periféricos que no tengan minúsculas interpreten los caracteres con facilidad.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 29 de 39
  • 30. ISO (Mhc) 3. Distinguir claramente los tipos de caracteres numéricos, alfabéticos y de control para simplificar los programas de interpretación de dichos caracteres.Los códigos mas utilizados para la representación de caracteres alfanuméricos son elASCII y el EBCDIC ambos de 8 bits y el UNICODE de 16 bits.El código ASCII incluye todas las letras del alfabeto ingles en mayúsculas yminúsculas, símbolos de puntuación, etc. Los bits 1 a 4 de los caracteres numéricos sonBCD (decimal codificado en binario). La única diferencia entre mayúsculas yminúsculas es el bit 6.El código EBCDIC (BCD extendido para intercambio de información) ha sido utilizadopor IBM en sus grandes máquinas. Utiliza 8 bits, diferenciando las mayúsculas de lasminúsculas en el 7º bit.El código UNICODE utiliza 16 bits para la representación de símbolos, caracteresalfabéticos y caracteres ideográficos de todos los lenguajes, permitiendo su usosimultáneo con total facilidad.9 REPRESENTACIÓN INTERNA DE LA INFORMACIÓN La CPU y más concretamente la ALU, procesan agrupaciones de bits a las que sedenomina palabras. Los códigos utilizados en la entrada y salida de información nosuelen ser los más idóneos para efectuar operaciones aritméticas. Por ello, enrepresentación interna se suelen usar códigos como el binario y similares.Por ejemplo, el número 25, codificado en ASCII sería 10110010 00110101 y en binario,00001101. Así pues el segundo formato es mucho más adecuado para operararitméticamente. Al pasar los datos numéricos de formato de E/S a formato interno se obtiene unmayor grado de compactación y un formato más adecuado para las operacionesaritméticas. En los apartados siguientes se va a estudiar la representación interna de doscategorías de datos: los enteros y los reales. Otros tipos de números, como loscomplejos o los booleanos, pueden representarse como combinaciones de los anteriores.Por otra parte, para representar cadenas de caracteres los ordenadores suelen utilizar losvalores binarios correspondientes al código de E/S, por lo que su estudio en lo que serefiere a manipulaciones aritméticas no tiene demasiado interés.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 30 de 39
  • 31. ISO (Mhc)9.1 REPRESENTACIÓN INTERNA DE DATOS ENTEROS Los ordenadores suelen emplear cuatro métodos distintos para representar númerosenteros: M-S, C-1, C-2 y Exceso Z. Estas representaciones emplean el sistema binario y tiene un número limitado debits para cada dato numérico N, que es una potencia de dos, y que recibe el nombre depalabra. En nuestro caso, para los ejemplos, tomaremos este número como 8.9.1.1 MODULO SIGNO El bit situado más a la izquierda indica el signo del número, siendo 0 para losnúmeros positivos y 1 para los negativos. Los bits restantes (N-1) representan el módulodel número.Por ejemplo: -2 10000010 y 2 00000010El principal problema es que el cero tiene dos representaciones:00000000 y 100000009.1.2 COMPLEMENTO A UNO El bit situado más a la izquierda indica el signo del número, siendo 0 para losnúmeros positivos y 1 para los negativos. Ahora hay que distinguir entre númerospositivos y negativos:· Positivos: los (N-1) bits restantes representan el módulo del número (igual que enMódulo signo).· Negativo: se escribe el número positivo correspondiente y se complementan todos susdígitos incluido el bit de signo, cambiando los unos por ceros y los ceros por unos.Ejemplo: 2 00000010 -2 11111101También el cero tiene dos representaciones: 00000000 y 11111111.9.1.3 COMPLEMENTO A DOS El bit situado más a la izquierda indica el signo del número, siendo 0 para losnúmeros positivos y 1 para los negativos. También hay que distinguir entre númerospositivos y negativos:· Positivos: los (N-1) bits restantes representan el módulo del número (igual que enMódulo signo).Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 31 de 39
  • 32. ISO (Mhc)· Los negativos se obtienen en dos pasos: - Se complementan todos los bits del número positivo (complemento a 1) - Al resultado obtenido en el paso anterior se le suma 1 en binario, despreciando el último acarreo si existe.Ejemplo: 2 00000010 -2 11111101+1= 11111110 La principal ventaja es que existe una única representación para el cero:00000000 y 11111111+1= 00000000.9.1.4 EXCESO Z (2N-1 ) Habitualmente Z es 2N-1 siendo N el número de bits utilizados para representar lacantidad. No hay ningún bit reservado para el signo. Todos los bits representan un móduloque corresponde al número representado más el exceso a 2N-1En nuestro caso N=8, 28-1 = 27 = 128.A 128 se le suma el número y se representa en binario.Ejemplo: 2 128+2= 130 = 10000010 -2 128-2= 126 = 01111110En este caso el cero tiene una única representación:128+0=128-0=100000009.2 REPRESENTACIÓN INTERNA DE DATOS REALES9.2.1 COMA FLOTANTE Los números reales se componen de una parte entera y una parte decimal(fraccionaria). Los ordenadores emplean el sistema binario para la representación interna dedatos y disponen de un número determinado de bits N, llamado palabra, para larepresentación, lo que hace que los números sufran un determinado truncamiento(redondeo) en su parte decimal. El sistema de representación más utilizado para representar números reales es elde coma flotante. Permite la representación de números muy pequeños y muy grandes.Esto lleva consigo una disminución de la precisión de los números representados.La notación empleada es:Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 32 de 39
  • 33. ISO (Mhc)Número = Mantisa * Base exponente Según esta notación, un número tiene muchas representaciones: por ejemplo,56,7 se puede representar como 5,67*101, 0,567*102, 567*10-1.Para evitar esto se utiliza la notación Normalizada, mediante la cual, la mantisa noposee parte entera y el primer dígito significativo después de la coma, es distinto de 0,salvo en la representación del 0. De esta forma, conocida la base (que viene determinada por el fabricante), unnúmero se puede representar internamente con sólo tres campos: uno para el signo, otropara la mantisa y otro para el exponente. Se suelen seguir las siguiente reglas: - El exponente se representa en exceso 2N-1 ya que el exponente es entero. - La mantisa normalizada con la coma implícita a la izquierda se representa en módulo signo, complemento a 1 o complemento a 2. - La base de exponenciación es una potencia de dos, que viene determinada por el fabricante.Existen muchos formatos de coma flotante, pero se pueden distinguir dos posibilidades:· Simple precisión: 32 bitssigno EXPONENTE MANTISA31 30 23 22· Doble precisión: 64 bitssigno EXPONENTE MANTISA63 62 52 51Ejemplo: Vemos un ejemplo de cómo representar un número en coma flotante de simpleprecisión:- El bit 32 para el signo de la mantisa (0 para el positivo y 1 para el negativo)- Los bits del 23 al 31 para el exponente que se expresa en exceso a 128.- Los bits del 1 al 22 para la mantisa normalizada representada en C-1.- Base de exponenciación: 2.Representamos el número -46,75Representamos primero el nº positivo: 46,75=101110,11Normalizamos: 101110,11=0,10111011*10110Nos olvidamos del 0 de la izquierda y de la coma, y como es negativo,complementamos a 1 y rellenamos hasta el bit 22:01000100111111111111111Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 33 de 39
  • 34. ISO (Mhc)Exponente: 128+6=10000000+110=10000110Signo 1 por ser negativo.El número queda:1 100000110 0100010011111111111111131 30 23 22 0Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 34 de 39
  • 35. ISO (Mhc)10 SOFTWAREEl ordenador, por sí mismo, no puede realizar ninguna función; es necesario que algo ledirija y organice. Este "algo" son las instrucciones que el programador escribe. Estasinstrucciones, agrupadas en forma de programas que serán depositados en la memoriadel ordenador, forman lo que se denomina "software". Por tanto, es un componente deorigen humano, y es el que hace que el ordenador pueda desempeñar tareas"inteligentes": dirigirá de forma adecuada a los elementos físicos o hardware. Es elsoftware quien indica al hardware en qué secuencia y bajo qué lógica hay que hacer loscálculos y las manipulaciones de datos.Def: Conjunto de programas elaborados por el hombre, que controlan la actuación delordenador, haciendo que éste siga en sus acciones una serie de esquemas lógicospredeterminados.Esta característica "logica" o "inteligente" del software es lo que hace que se le definatambién como la parte inmaterial de la informática, ya que aunque los programas queconstituyen el software residan en un soporte físico como la memoria principal o lodisquetes, la función de los programas en un ordenador es semejante a la delpensamiento en un ser humano. En otras palabras, un programa no es más que laplasmación mediante un lenguaje de programación cualquiera de un proceso mentalhumano, mediante esta trascripción se logra que el ordenador realice una tarea que,antes era llevada a cabo por el ser humano.El software es el nexo de unión entre el hardware y el hombre. El ordenador por símismo no puede comunicarse con el hombre y viceversa, ya que nos separa la barreradel lenguaje. El software trata de acortar esa barrera, estableciendo procedimientos decomunicación entre el hombre y la máquina; es decir, obra como un intermediario entreel hombre y la máquina.Si las capacidades del hardware fuesen muy grandes, y en consecuencia el usuariotuviese plenas facilidades en su utilización, no sería necesario recurrir al software.Desgraciadamente, no es así. Si bien el progreso del hardware es cada vez mayor y losdispositivos físicos se construyen cada vez con más "inteligencia" incluida, de formaque se resuelven por hardware funciones anteriormente sólo factibles por software, seráprácticamente imposible que el avance tecnológico llegue algún día a eliminarTema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 35 de 39
  • 36. ISO (Mhc)totalmente la necesidad de software, pues éste también evoluciona y las facilidades queel usuario pide a la computadora son cada día más sofisticadas.No debemos olvidar el concepto de Firmware (híbrido entre ambos; cobra granimportancia en los modernos ordenadores).Tal y como hemos definido el software, éste es un conjunto de programas. La preguntaahora es: ¿Qué es un programa? Un programa es una secuencia de instrucciones quepueden ser interpretadas por un ordenador, obteniendo como fruto de esa interpretaciónun determinado resultado.Los programas están divididos en rutinas. Una rutina es un subconjunto del conjunto deinstrucciones que conforman el programa. Cada una de las rutinas de un programarealiza una determinada función dentro del mismo.Podemos clasificar en software en dos grandes grupos: software de sistema y softwarede aplicación.10.1.1 SOFTWARE DE SISTEMA, SOFTWARE BÁSICO O SISTEMA OPERATIVOEs un conjunto de programas cuyo objeto es facilitar el uso de la computadora (nos aíslade la complejidad de cada dispositivo de e/s, y presenta al exterior un modelo común desistema de manejo para todos los dispositivos de e/s) y conseguir que se useeficientemente (ej: realizar operaciones de e/s mientras se ejecuta un programa).Administra y asigna los recursos del sistema (hardware).Los programas que forman este software • controlan y optimizan la operación de la máquina • establecen una relación básica y fundamental entre el ordenador y el usuario • hacen que el usuario pueda usar en forma cómoda y amigable complejos sistemas hardware • realizan funciones que para el usuario serían engorrosas o incluso imposibles.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 36 de 39
  • 37. ISO (Mhc) • actúan como intermediario entre el usuario y el hardware. • son escritos/modificados por programadores de sistemas, que han de tener profundos conocimientos acerca de cómo trabaja realmente la máquina.El software de sistema se puede dividir en programas de control y programas deservicio.10.1.1.1 Programas de controlSon los que van orientados a facilitar, automatizar y mejorar el rendimiento de losprocesos en el ordenador (encadenamiento automático de programas, simultaneidad deoperación de periféricos, tratamiento de errores, etc.) . A su vez, podemos separarlos entres grupos según el tipo de recurso que optimizan: • gestión del sistema • gestión de trabajos • gestión de datos10.1.1.2 Programas de servicio o de procesoSon los que van orientados a proporcionar facilidades de expresión y comunicación alusuario(traductores, cargadores, enlazadores utilidades...)10.1.2 PROGRAMAS DE APLICACIÓNSon aquellos que hacen que el ordenador coopere con el usuario en la realización detareas típicamente humanas, tales como gestionar una contabilidad, escribir un texto...La diferencia entre los programas de aplicación y los de sistema estriba en que los desistema suponen una ayuda al usuario para relacionarse con el ordenador y hacer un usomás cómodo del mismo, mientras que los de aplicación son programas que cooperancon el usuario para la realización de tareas que anteriormente habían de ser llevadas acabo únicamente por el hombre (sin ayuda de ordenador). Es en estos programas deaplicación donde se aprecia de forma más clara, la ayuda que puede suponer unordenador en las actividades humanas, ya que la máquina se convierte en un auxiliar delhombre, liberándole de las tareas repetitivas.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 37 de 39
  • 38. ISO (Mhc)Los programadores de aplicaciones, a diferencia de los programadores de sistemas, nonecesitan conocer a fondo el modo de funcionamiento interno del hardware, basta conque conozcan las necesidades de información de sus aplicaciones y cómo usar elsistema operativo para conseguir satisfacer estas necesidades. Sus programas han de serindependientes del hardware específico que se utilice y deben de poder ser transportadossin grandes problemas de adaptación a otras máquinas y otros entornos operativos.Algunos ejemplos de aplicaciones son: • Procesadores de texto • Editores • Hojas de calculo • Sistemas gestores de bases de datos • Programas de comunicaciones • Paquetes integrados • Programas de diseño asistido por ordenador10.2 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓNAntes de hablar de los distintos lenguajes de programación, vamos a ver algunasdefiniciones:Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 38 de 39
  • 39. ISO (Mhc)· Instrucciones: Son las distintas órdenes que recibe la computadora para operar con osobre los datos.· Programa: Conjunto ordenado de instrucciones que realiza una tarea.· Lenguaje de programación: El conjunto de símbolos y reglas empleados para codificarlas instrucciones que componen cada programa.El lenguaje que entienden los ordenadores es el lenguaje máquina, en el que lasinstrucciones están formadas por dos campos: · Código de operación: que indica la operación a realizar · Operandos: Indican o bien los datos o bien la dirección de memoria dondetienen que buscar esos datos.El lenguaje máquina está totalmente ligado al hardware en donde se vaya a ejecutar, esdecir, un programa en lenguaje máquina realizado para un determinado procesadornunca funcionará en otro distinto.Además, el lenguaje máquina sólo nos permite realizar operaciones muy simples talescomo sumas, restas, saltos, etc, lo que implica que una programación demasiadolaboriosa para implementar cualquier algoritmo, siendo necesario, además, conocer laspeculiaridades del hardware que se pretende manejar.Para evitar estos problemas y facilitar la tarea de programación surgen los lenguajes dealto nivel que no dependen de la plataforma hardware en la que se vayan a ejecutar yademás presentan instrucciones más potentes y complejas.Ejemplos: c/c++, Visual Basic, Fortram, etc.Existen programas traductores que se encargan de transformar cada programa enlenguaje de alto nivel a lenguaje máquina.Tema 1: Introducción: Sistemas Informáticos Página 39 de 39

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