Introducción a los Sistemas Electrónicos

Un sistema electrónico se compone de sensores (inputs o transductores) que reciben señales físicas y las convierten en señales de corriente (voltaje). Los circuitos del sistema interpretan y convierten estas señales, enviándolas a los actuadores (outputs), que a su vez convierten el voltaje en señales físicas útiles.

El Arte y la Electrónica: Música Electrónica

La electrónica ha dado origen a la música electrónica, un género artístico que se basa en el uso de instrumentos y tecnología electrónicos.

Electrónica Digital vs. Analógica

La electrónica digital trabaja con información codificada en estados discretos, mientras que la electrónica analógica maneja información que toma un rango continuo de valores.

Clasificación de los Sistemas Digitales

Sistemas Cableados

• Combinacionales
• Secuenciales
• Memorias
• Convertidores

Sistemas Programados

• Microprocesadores
• Microcontroladores

Unidad Central de Proceso (CPU)

La CPU es el componente principal de una computadora y otros dispositivos programables. Su función es interpretar las instrucciones de los programas y procesar los datos.

Unidad de Control

La unidad de control es uno de los tres bloques funcionales principales de la CPU, junto con la unidad de proceso y el bus de entrada/salida.

Unidad Aritmético-Lógica (UAL)

La UAL es un circuito digital que realiza operaciones aritméticas y lógicas en una computadora.

Memoria Central

La memoria central almacena temporalmente los datos y programas que la CPU está procesando o va a procesar.

Bus del Sistema

El bus del sistema es el canal de comunicación entre el procesador y los demás componentes del sistema.

Instrucciones

Una instrucción es una cadena de bits agrupados en campos de diferentes tamaños. Las instrucciones de máquina son las que puede ejecutar una CPU.

Clasificación de las Instrucciones

• Instrucciones de transferencia de datos
• Instrucciones aritméticas, lógicas y de comparación
• Instrucciones de transferencia de control
• Instrucciones de gobierno

Otra clasificación se basa en el número de operandos y su formato:

• Código de operación
• Operandos

Según esto, tenemos:

• Instrucciones de tres operandos
• Instrucciones de dos operandos
• Instrucciones de un operando
• Instrucciones sin operando

Instrucciones de Tres Operandos

Estas instrucciones constan de un código de operación seguido de tres operandos. Los dos primeros indican las direcciones de los argumentos a operar, y el tercero la dirección donde se guardará el resultado.

Instrucciones de Dos Operandos

Estas instrucciones contienen el código de operación y dos operandos. Uno de ellos también actúa como receptor del resultado de la operación.

Instrucciones de Un Operando

Estas instrucciones son utilizadas por máquinas con arquitectura de acumulador. El acumulador de la UAL contiene el primer argumento, el segundo está en la instrucción, y el resultado se guarda en el acumulador.

Instrucciones Sin Operando

Estas instrucciones trabajan con una pila de datos en memoria. Un puntero de pila indica la dirección del último dato. Al sacar un dato, el puntero decrece.

Modos de Direccionamiento

Un modo de direccionamiento indica la posición de memoria del dato en una instrucción.

• Inmediato
• Directo
• Indirecto
• Relativo

Direccionamiento Inmediato

La instrucción contiene el dato, no requiere acceso a memoria.

Direccionamiento Directo

La instrucción contiene la dirección de memoria del dato. Se accede a la memoria para llevar el dato a la UAL.

Direccionamiento Indirecto

La instrucción contiene la dirección de una posición de memoria que a su vez contiene la dirección del dato. Requiere un ciclo de memoria adicional.

Direccionamiento Relativo

La dirección del dato se calcula sumando la dirección en la instrucción con un valor en un registro especial.

Ciclo de Instrucción

Las fases del ciclo de ejecución de una instrucción son:

• Fase de búsqueda
• Fase de decodificación
• Fase de búsqueda de operandos
• Fase de ejecución

Fase de Búsqueda

Se busca la instrucción en memoria, se guarda en el registro de instrucción y se incrementa el contador de programa.

1. Se transfiere la dirección de la instrucción al registro de dirección de memoria.
2. Se transfiere el contenido de la memoria al registro de intercambio.
3. Se transfiere la instrucción al registro de instrucción.
4. Se decodifica la instrucción.
5. Se incrementa el contador de programa.

Fase de Ejecución

Se realiza la operación y se guarda el resultado en la CPU o en memoria.

1. Se transfiere la dirección del primer operando al registro de dirección de memoria.
2. Se extrae el dato de memoria y se deposita en el registro de intercambio.
3. Se lleva el operando al registro de entrada 1 de la UAL.
4. Se repiten los pasos 1-3 para el segundo operando.
5. Se ejecuta la operación en la UAL.
6. El resultado se guarda en el acumulador.
7. El resultado se envía al registro de intercambio.
8. Se transfiere la dirección de destino al registro de dirección de memoria.
9. Se guarda el resultado en memoria.

Dispositivos de Almacenamiento

Su función es retener datos informáticos durante un intervalo de tiempo.

Soportes Magnéticos

• Tambor magnético
• Cinta magnética
• Disco magnético
• Disquete

Terminales

Terminales de Pantalla

Utilizan tubos de rayos catódicos o pantallas de plasma.

Impresoras de Inyección de Tinta

Rocían pequeñas cantidades de tinta, mezclando colores básicos. Algunas imprimen fotos de alta calidad.

Impresoras Láser

Impresoras térmicas que adhieren tóner al medio mediante xerografía.

Plotters de Corte

Cortan un medio adhesivo en lugar de dibujar con plumillas.

Terminales Punto de Venta (TPV)

Elementos de una TPV clásica:

• Lector de código de barras
• Pantalla o visor electrónico
• Lector de banda magnética
• Lector de tarjetas EMV

Terminales para Operaciones Financieras

Unidades de entrada/salida conectadas a un computador central para realizar operaciones financieras. Controlan la presencia del cliente.

Pantallas o Displays Especiales

Unidades de salida para difusión masiva, como pantallas gigantes de cristal líquido.

Ciclo de Vida del Software

• Definición de objetivos
• Diseño en detalle
• Programación
• Prueba de unidad
• Integración
• Prueba beta o validación
• Documentación
• Implementación
• Mantenimiento

Modelo en Cascada

Secuencia de fases donde se revisa la documentación al final de cada fase antes de pasar a la siguiente.

Bloques de un Programa

Bloque de Declaraciones

Especifica los objetos utilizados: constantes, variables, tablas, etc.

Bloque de Instrucciones

Conjunto de operaciones para obtener los resultados.

Partes Principales de un Programa

• Entrada de datos
• Proceso
• Salida de resultados

Clasificación de las Actividades de un Procesador

• Instrucciones de declaración
• Instrucciones primitivas
• Instrucciones de asignación
• Instrucciones de entrada
• Instrucciones de salida
• Instrucciones compuestas
• Instrucciones de control:
  • Instrucción alternativa
  • Instrucción de salto incondicional
  • Instrucción de salto condicional
  • Instrucción repetitiva

Elementos Auxiliares de un Programa

• Contadores
• Acumuladores
• Interruptores o switches

Clasificación de los Programas por su Tipo

• Programas lineales
• Programas alternativos
• Programas cíclicos

Clasificación de los Programas por Aplicación

• Programas de gestión
• Programas técnico/científicos
• Programas de diseño (CAD)
• Programas de simulación
• Programas educativos (EAO)
• Programas de inteligencia artificial

Lenguajes de Programación

Un lenguaje de programación es una notación para escribir programas (algoritmos para computadora).

Clasificación de los Lenguajes de Programación

• Según su parecido al lenguaje natural:
  • Bajo nivel
  • Alto nivel
• Según la estructura de los programas:
  • Convencionales o línea a línea
  • Estructurados
• Según la realización de los programas:
  • Funcionales
  • Imperativos
• Según el tipo de proceso:
  • Interactivos o convencionales
  • Orientados al proceso por lotes (batch)

Archivos

Un archivo o fichero es un conjunto de bits almacenados en un dispositivo.

Operaciones con un Archivo

• Creación
• Apertura
• Cierre
• Extensión

Registros

Un registro (fila o tupla) representa un objeto único de datos en una tabla.

Tipos de Registros

• Registro físico
• Registro lógico
• Factor de bloqueo

Campos

Un campo es un conjunto de caracteres que proporciona información sobre un concepto.

Características de un Campo

• Nombre
• Tipo
• Tamaño

Tipos de Organización de un Archivo

• Organización secuencial
• Organización directa o aleatoria (random)
• Organización secuencial indexada

Organización Secuencial

Registros almacenados consecutivamente, ordenados por campos de control.

Organización Directa o Aleatoria

Acceso aleatorio a los registros por su posición.

Ventajas e Inconvenientes de la Organización Directa

Ventajas:

• Rapidez de acceso

Inconvenientes:

• Establecer la relación posición-contenido
• Desperdicio de espacio

Organización Indexada

Consta de tres áreas: índices, primaria y excedentes (overflow).

Ventajas e Inconvenientes de la Organización Indexada

Ventajas:

• Rápido acceso
• Gestión automática de índices y excedentes

Desventajas:

• Espacio adicional para índices
• Desperdicio de espacio por huecos

Modos de Acceso

La forma de acceder a los registros para leer o grabar información.

Operaciones sobre Archivos

• Creación
• Apertura
• Cierre
• Lectura/Consulta
• Fin de archivo
• Destrucción
• Reorganización
• Fusión
• Actualización (Alta, Baja, Modificación)

Ordenación por Mezcla Directa

Algoritmo de particiones sucesivas para generar secuencias ordenadas cada vez más largas.

Ordenación por Mezcla Equilibrada

Basado en la mezcla directa, optimizado para usar secuencias ordenadas más largas.

Bases de Datos

Sistema con datos y software para gestión, evitando redundancia.

Requisitos de un Buen Sistema de Base de Datos

• Acceso múltiple
• Utilización múltiple
• Flexibilidad
• Confidencialidad y seguridad
• Protección contra fallos
• Independencia física
• Independencia lógica
• Redundancia controlada
• Interfaz de alto nivel
• Interrogación directa (query)

Sistema de Gestión de Bases de Datos (SGBD)

Software para crear, controlar y manipular la información de una base de datos.

Tareas de un DBMS

• Acceso
• Interrogación
• Definición
• Organización

Modelos Lógicos de Bases de Datos

• Jerárquico
• En red
• Relacional
• Entidad-relación
• Entidad-relación extendido
• De objetos
• Documental
• Entidad-atributo-valor
• Estrella
• Asociativo
• Multidimensional
• Multivalor
• Semántico
• Base de datos XML
• Grafo etiquetado
• Triplestore

Modelo Relacional

Usa relaciones (tablas), atributos (columnas) y dominios (valores de atributos).

Seguridad Informática

Asegurar el uso adecuado de los recursos del sistema de información.

Problemas de Seguridad de Datos

La administración de riesgos busca minimizar el impacto de eventos indeterminados.

Delito Informático

Actividades criminales que usan la informática como medio.

Sistemas Operativos (SO)

Programa que gestiona el hardware y provee servicios a las aplicaciones.

Componentes de un SO

• Gestión de procesos
• Gestión de memoria
• Sistema de entrada/salida
• Sistema de archivos
• Sistemas de protección
• Sistemas de comunicaciones
• Programas de sistema
• Gestor de recursos

Gestión de Archivos por el SO

El SO crea, elimina, manipula, mapea, y respalda archivos. Formatos conocidos: FAT, FAT32, NTFS, XFS, ext3, ext4.

Gestión de Recursos por el SO

Administra la CPU, E/S, memoria, almacenamiento, procesos y otros recursos.

Clasificación de SO por Administración de Tareas

• Monotarea
• Multitarea

Clasificación de SO por Administración de Usuarios

• Monousuario
• Multiusuario

Clasificación de SO por Manejo de Recursos

• Centralizado
• Distribuido

Programas de Control

Coordinan el funcionamiento de recursos y periféricos.

Programas de Proceso

Programas Traductores

• Ensambladores
• Compiladores
• Intérpretes

Programas de Servicio (Utilidades)

Realizan funciones para el sistema o el usuario.

Proceso de Compilación

Analiza el programa fuente para generar el programa objeto. Incluye análisis léxico, sintáctico y semántico, y generación de código.

Componentes de la Evaluación Sintáctica

• Análisis lexicográfico
• Análisis sintáctico

Análisis Lexicográfico

Reconoce caracteres, elimina los inútiles y genera tokens para el análisis sintáctico.

Multimedia

Usos de la Multimedia

Se usa en arte, educación, entretenimiento, ingeniería, medicina, matemáticas, negocios e investigación científica.

¿Qué es Multimedia?

Uso de diversos medios (texto, gráficos, audio, video) para transmitir información. En computación, se refiere al uso de software y hardware para presentar contenido.

Beneficio: enriquece la experiencia del usuario y facilita la asimilación de la información.