Introducción a los Ordenadores

Un ordenador es una máquina capaz de procesar datos. Acepta un conjunto de datos de entrada que, tras ser procesados, se convierten en datos de salida.

Historia y Evolución de los Ordenadores

Precursores

Las máquinas de Pascal y Leibniz son consideradas los precursores de las actuales calculadoras de mesa.

La Máquina Analítica de Babbage

La máquina analítica de Babbage incorporaba conceptos clave como:

• Dispositivo de entrada
• Dispositivo de salida
• Memoria
• Unidad de control
• Unidad aritmético-lógica

Las Tarjetas Perforadas

Hollerith utilizó tarjetas perforadas para contener la información de las personas censadas y construyó una máquina censadora o tabuladora, capaz de leer y tabular dicha información.

La Era Electrónica

Principales ordenadores de la era electrónica:

Generaciones de Ordenadores

Las generaciones de ordenadores se identifican por los componentes tecnológicos predominantes:

Primera Generación

Ordenadores basados en válvulas de vacío. Tenían un tamaño muy grande y su mantenimiento era complicado.

Segunda Generación

Se sustituye la válvula de vacío por el transistor. Se empleaban lenguajes de alto nivel como COBOL, ALGOL y FORTRAN.

Tercera Generación

Ordenadores basados en circuitos integrados, lo que supuso una minimización de su tamaño.

Cuarta Generación

Ordenadores que presentan toda la CPU en un solo circuito integrado (microprocesadores). Se perfeccionaron las unidades de almacenamiento y se empezó a usar disquetes.

Quinta Generación

Procesamiento en paralelo mediante arquitecturas y diseños especiales, y circuitos de gran velocidad.

Lenguaje de Programación

Lenguaje Máquina

Conjunto de instrucciones codificadas que un ordenador puede interpretar y ejecutar directamente.

Lenguaje de Alto Nivel

Lenguaje de programación independiente del ordenador que lo va a ejecutar y que presenta mayores facilidades para el programador.

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

La CPU es un circuito integrado que interpreta y ejecuta las instrucciones de los programas almacenados en memoria. Toma los datos de las unidades de entrada, los procesa y los envía a las unidades o periféricos de salida. Sus componentes principales son:

• Unidad de Control (UC): Interpreta y ejecuta las instrucciones máquina almacenadas en la memoria principal, generando las señales de control necesarias.
• Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Recibe los datos, realiza operaciones de cálculo y comparaciones, y devuelve el resultado.
• Registros: Almacenan información temporal.

Tamaño del Registro Interno

Indica el número de bits que puede manipular a la vez el procesador.

Registros Visibles al Usuario

Son aquellos que pueden ser referenciados por lenguaje ensamblador o de máquina para optimizar el uso de los recursos. Se distinguen tres categorías:

• Registro de dirección: Contiene la dirección de memoria donde se encuentran los datos.
• Registro de datos: Se usa para contener datos que se utilizan con frecuencia.
• Registro de condición: Almacena el resultado de la última operación realizada.

Registros de Control y Estado

Intervienen en la ejecución de las instrucciones:

• Contador de programas (CP): Contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.
• Registro de instrucciones (RI): Contiene el código de la instrucción actual.
• Registro de dirección de memoria (RDM): Contiene la dirección de la posición de memoria.
• Registro de intercambio de memoria: Recibe o envía la información o el dato contenido en la posición apuntada por el RDM.

Buses

Bus de Datos

El intercambio de datos se realiza a través de un conjunto de líneas eléctricas, una por cada bit, transmitiéndose todas a la vez de forma paralela.

Bus de Dirección

Transmite la dirección entre la CPU y la memoria para seleccionar la dirección de memoria o el dispositivo de entrada/salida con el cual se va a intercambiar información.

Componentes Adicionales de la Unidad de Control

Además del CP y del RI, la UC incluye:

• Descodificador de instrucción: Extrae y analiza el código de operaciones de la instrucción en curso contenida en el RI.
• Reloj: Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes.
• Secuenciador: Genera órdenes o microórdenes elementales que hacen que se ejecute paso a paso y de manera ordenada la instrucción cargada.

Unidad de Coma Flotante

La parte más importante de la ALU es la unidad de coma flotante, encargada de manejar todas las operaciones en coma flotante.

Memoria RAM

En la RAM se pueden almacenar dos tipos de información:

• El programa o secuencia de instrucciones a ejecutar.
• Los datos que manejan dichas instrucciones.

Cada casilla de memoria contiene 8 bits. La RAM es volátil.

Sistema Operativo (SO)

El Sistema Operativo es un programa o conjunto de programas que controlan el funcionamiento del hardware, ofrecen al usuario un modo sencillo de acceso al ordenador, coordinan y jerarquizan todos los procesos que se llevan a cabo en un ordenador y los periféricos. Sus componentes principales son:

• El núcleo o kernel
• El intérprete de comandos
• El sistema de archivos