TEMA 9: Sistemas informáticos: estructura, elementos componentes y su función en el conjunto. Programas: tipos y características

 

1.   Introducción a los sistemas informáticos

1.1 Introducción

Informática: El término “informática” proviene de la fusión de los términos “INFORmación” y “autoMATICA”. La informática es una ciencia que estudia el tratamiento automático de la información. Como definición formal, se puede usar la siguiente:

“Ciencia que estudia el tratamiento automático y racional de la información como soporte de los conocimientos y comunicaciones humanas, llevado a cabo mediante elementos automáticos, así como el conjunto de técnicas, métodos y máquinas aplicadas a dicho tratamiento”.

La Real Academia Española de la Lengua nos da la siguiente definición:

“Conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de computadoras electrónicas”.

De esta última definición podemos deducir que hay tanto una ciencia informática como unas técnicas informáticas.

Sistema informático: Sistema de procesamiento de la información basado en ordenadores.

Ordenador: Máquina capaz de aceptar datos a través de un medio de entrada, procesarlos automáticamente bajo el control de un programa previamente almacenado, y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida.

Esta información que se procesa puede ser superflua o incompleta, o poco clara, o demasiado voluminosa, o llegar demasiado tarde para ser aprovechada (es decir, puede no ser del todo útil). Una “buena” información tendría las siguientes cualidades:

 

·      Precisión: La información ha de ser precisa. La precisión a exigir dependerá de la aplicación concreta que tenga la información. Hay que evitar tanto defectos de precisión (“en la sala hay varios ordenadores” en lugar de “en la sala hay 15 ordenadores”) como excesos de precisión (“la mesa que queremos es de 75’45648 cms.”).

·      Exactitud: La información ha de ser exacta. La exactitud se mide en términos de porcentaje de error. Es una medida del alejamiento de la realidad. También aquí la aplicación concreta marcará en cada caso la exactitud que ha de exigirse. No podrá obtenerse la exactitud suficiente si los datos de partida son incorrectos o erróneos

·      Oportunidad: La información ha de ser oportuna, es decir, debe llegar al usuario con en tiempo necesario para que éste pueda actuar (en función de dicha información) antes de que esa acción sea inútil. El tiempo disponible para que la información llegue oportunamente variará mucho en función de la aplicación y puede ser desde unos pocos microsegundos (en algunos controles de proceso) a varios meses (en macroeconomía y sociología). También puede ser inoportuno a veces llegar antes de tiempo. En algunas aplicaciones interactivas se introducen retrasos programados en las respuestas del ordenador para evitar que el exceso de velocidad de la máquina incomode al hombre.

·      Integridad: La información debe ser completa. En la mayoría de los casos es inalcanzable una integridad del 100%; en todos los casos conviene que sea lo más completa posible. La integridad no debe provocar que la información contenga cosas superfluas o redundantes (no caer en el exceso de información).

·      Significatividad: La información debe ser clara y relevante, de tal modo que su recepción sea fácil y rápida. Para ello, se puede acompañar dicha información con ayudas gráficas, visuales, auditivas o de otro tipo.

 

La Informática se ocupa de la información como materia esencial de estudio; con esta información es preciso:

·      representarla en forma eficiente y automatizable

·      retransmitirla sin errores ni pérdidas

·      almacenarla para poderla acceder y recuperar tantas veces como sea preciso

·      procesarla para obtener nuevas informaciones más elaboradas y más útiles a nuestros propósitos

Un sistema informático está compuesto a su vez por dos subsistemas: el Hardware y el Software.

¨    Hardware: El equipo físico que compone el sistema se conoce con la palabra inglesa “hardware”, que en castellano se puede traducir como “soporte físico”. Es el conjunto de dispositivos electrónicos y electromecánicos, circuitos, cables... que componen el ordenador. Son entes palpables, que podemos tocar.

¨    Software: Para que el sistema trabaje, necesita que le suministren una serie de ordenes que indiquen qué es lo que queremos que haga. Estas órdenes se le suministran por medio de programas. El software o “soporte lógico” está compuesto por todos aquellos programas necesarios para que el ordenador trabaje. El software dirige de forma adecuada a los elementos físicos o hardware.

 

Para hablar de algo más general que los propios sistemas informáticos nos referiremos a:

 

1.2 Tecnologías de la información


Las tecnologías de la información son todos aquellos miembros electrónicos que almacenan, crean, recuperan, y transmiten información en grandes cantidades y a gran velocidad, entre estos medios están: ordenadores, microelectrónica, telecomunicaciones como instrumentos para el manejo de la información.

En estos últimos años estamos asistiendo a una espectacular expansión de las tecnologías de la información siendo las bases de este desarrollo:


* La evolución de los ordenadores: cada vez se están fabricando ordenadores más baratos y rápidos y con más prestaciones

* La irrupción de los ordenadores en todos los ámbitos: cada vez es más frecuente la informatización de tareas en campos como la administración, industria, comercio, educación, e investigación.

* La utilización de la tecnología multimedia: proporciona el soporte adecuado para almacenar y manipular  fácilmente todo tipo de información: textos, gráficos, sonidos, imágenes, videos, etc.

* Aparición del Módem: El Módem hizo posible la comunicación entre ordenadores a través de la línea telefónica.

* Avance de las telecomunicaciones: cuya tecnología va evolucionando vertiginosamente debido a: aparición de las redes telefónicas digitales; descubrimiento de la fibra óptica como medio de transmisión; utilización de los satélites artificiales de comunicación.



 

1.3 Aplicaciones de la informática

Estas aplicaciones tienen su acción en diversos campos:


* Enseñanza: la informática aplicada a la enseñanza puede ayudar a potenciar el desarrollo de las facultades creativas y de las técnicas de creación, así como de mejorar la comunicación e investigación de los alumnos.

* Ofimatica: es la informática aplicada a la oficina para su automatización.

* Telematica: la informática aplicada a las telecomunicaciones.

* Robótica: la informática aplicada a la ingeniería.

 

1.4 Comunicaciones informáticas

 

La comunicación

Es un proceso constituido por:

* Un emisor

* Un canal de transmisión

* Un receptor


Normalmente la información no es transmitida directamente sino que se utilizan unos códigos comprensibles por el emisor y transmisor, y la información es comunicada mediante señales físicas.

La utilización de códigos y señales nos obligara a que la información sea codificada en la transmisión y decodificada en la recepción.

El objetivo de un proceso de comunicación es que la información que se quiera transmitir sea idéntica a la que se recibe, la comunicación suele producirse en ambas direcciones, de forma alternativa o simultanea convirtiéndose el transmisor en receptor o viceversa.

Hoy en día la comunicación utiliza las redes. Dentro de la gran variedad de redes que existen vamos a clasificarlas en 2 tipos, según que la distancia entre los terminales sea lejana o cercana:

* Redes de área remota (rar)

* Redes de área local (ral)


En la actualidad se trata de conectar dichas redes y este proceso se conoce con el nombre de conectivar.

La pretensión de las redes es conseguir entornos de trabajo multiuso y multitarea.
 - Multiuso: es un tipo de configuración físico-lógica, que permite soportar a varios puestos de trabajo o usuarios al mismo tiempo, de forma que el sistema operativo gestiona la simultaneidad y otorga a cada usuario todos los recursos necesarios.
- Multitarea: es un tipo de configuración físico-lógica, que permite que varias tareas puedan ser ejecutadas simultáneamente.

 


Canal de la Comunicación

La mayoría de las señales usadas en la comunicación (voz, imagen, corriente eléctrica) tiene una característica común: son ondas oscilatorias, el medio que se utiliza puede ser:

* El aire

* El cable

Los métodos o frecuencias de transmisión de la información se pueden realizar en:


* Banda Base: solo se produce una transmisión dividida en el tiempo.

*Banda Ancha: se puede transmitir de forma simultanea información de audio, vídeo y otros datos.

 

Redes informáticas remotas

Son las comunicaciones que se producen entre terminales distintos por medio de teléfono o telecomunicación. La red de transmisión más sencilla de utilizar es la telefónica diseñada solamente para transmitir sonidos (señales analógicas) como las señales digitales utilizadas en informática no pueden enviarse directamente por la línea telefónica normal se creo un aparato (Módem) capaz de transformar la información binaria en ondas analógicas y viceversa.

 

Redes informáticas locales

Aparecieron hace unos 15 años y es un sistema de comunicación que permite compartir recursos físicos-lógicos entre ordenadores u otras redes son redes privadas y tienen un ámbito geográfico y limitado.

Constan de 3 componentes principales: servidor, estaciones de trabajo y cableado.

 

Autopistas de la información

Se llaman así a los servicios de telecomunicaciones de la tecnología por fibra óptica, tiene como misión la transmisión de voz datos y vídeo mediante un cable de alta velocidad y de acceso económico. En España la principal red de fibra óptica es la red RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) y se espera que este implantada para el año 2000. (De hecho, ya está siendo implantada por Telefónica).

 

1.5 Evolución de los computadores en el S.XX

 

Primera Generación de Computadoras (de 1951 a 1958)

Las computadoras de la primera Generación emplearon bulbos para procesar información. Los operadores ingresaban los datos y programas en código especial por medio de tarjetas perforadas. El almacenamiento interno se lograba con un tambor que giraba rápidamente, sobre el cual un dispositivo de lectura/escritura colocaba marcas magnéticas. Esas computadoras de bulbos eran mucho más grandes y generaban más calor que los modelos contemporáneos. Eckert y Mauchly contribuyeron al desarrollo de computadoras de la 1era Generación formando una Cia. privada y construyendo UNIVAC I, que el Comité del Censo utilizó para evaluar el de 1950. La IBM tenía el monopolio de los equipos de procesamiento de datos a base de tarjetas perforadas y estaba teniendo un gran auge en productos como rebanadores de carne, básculas para comestibles, relojes y otros artículos; sin embargo no había logrado el contrato para el Censo de 1950.

Comenzó entonces a construir computadoras electrónicas y su primera entrada fue con la IBM 701 en 1953. Después de un lento pero exitoso comienzo la IBM 701 se convirtió en un producto comercialmente viable. Sin embargo en 1954 fue introducido el modelo IBM 650, el cual es la razón por la que IBM disfruta hoy de una gran parte del mercado de las computadoras. La administración de la IBM asumió un gran riesgo y estimó una venta de 50 computadoras. Este número era mayor que la cantidad de computadoras instaladas en esa época en E.U. De hecho la IBM instaló 1000 computadoras. El resto es historia. Aunque caras y de uso limitado las computadoras fueron aceptadas rápidamente por las Compañías privadas y de Gobierno. A la mitad de los años 50 IBM y Remington Rand se consolidaban como líderes en la fabricación de computadoras.


Segunda Generación (de 1959 a 1964)

El invento del transistor hizo posible una nueva generación de computadoras, más rápidas, más pequeñas y con menores necesidades de ventilación. Sin embargo el costo seguía siendo una porción significativa del presupuesto de una Compañía. Las computadoras de la segunda generación también utilizaban redes de núcleos magnéticos en lugar de tambores giratorios para el almacenamiento primario. Estos núcleos contenían pequeños anillos de material magnético, enlazados entre sí, en los cuales podían almacenarse datos e instrucciones. Los programas de computadoras también mejoraron. El COBOL desarrollado durante la 1era generación estaba ya disponible comercialmente. Los programas escritos para una computadora podían transferirse a otra con un mínimo esfuerzo. El escribir un programa ya no requería entender plenamente el hardware de la computación. Las computadoras de la 2da Generación eran substancialmente más pequeñas y rápidas que las de bulbos, y se usaban para nuevas aplicaciones, como en los sistemas para reservación en líneas aéreas, control de tráfico aéreo y simulaciones para uso general. Las empresas comenzaron a aplicar las computadoras a tareas de almacenamiento de registros, como manejo de inventarios, nómina y contabilidad. La marina de E.U. utilizó las computadoras de la Segunda Generación para crear el primer simulador de vuelo (Whirlwind I). HoneyWell se colocó como el primer competidor durante la segunda generación de computadoras. Burroughs, Univac, NCR, CDC, HoneyWell, los más grandes competidores de IBM durante los 60s se conocieron como el grupo BUNCH (siglas).


Tercera Generación de Computadoras (de 1964 a 1971)

Las computadoras de la tercera generación emergieron con el desarrollo de los circuitos integrados (pastillas de silicio) en las cuales se colocan miles de componentes electrónicos, en una integración en miniatura. Las computadoras nuevamente se hicieron más pequeñas, más rápidas, desprendían menos calor y eran energéticamente más eficientes. Antes del advenimiento de los circuitos integrados, las computadoras estaban diseñadas para aplicaciones matemáticas o de negocios, pero no para las dos cosas. Los circuitos integrados permitieron a los fabricantes de computadoras incrementar la flexibilidad de los programas, y estandarizar sus modelos. La IBM 360 una de las primeras computadoras comerciales que usó circuitos integrados, podía realizar tanto análisis numéricos como administración ó procesamiento de archivos. Los clientes podían escalar sus sistemas 360 a modelos IBM de mayor tamaño y podían todavía correr sus programas actuales. Las computadoras trabajaban a tal velocidad que proporcionaban la capacidad de correr más de un programa de manera simultánea (multiprogramación).

Por ejemplo la computadora podía estar calculando la nomina y aceptando pedidos al mismo tiempo. Minicomputadoras, Con la introducción del modelo 360 IBM acaparó el 70% del mercado, para evitar competir directamente con IBM la empresa Digital Equipment Corporation DEC redirigió sus esfuerzos hacia computadoras pequeñas. Mucho menos costosas de comprar y de operar que las computadoras grandes, las Minicomputadoras se desarrollaron durante la segunda generación pero alcanzaron su mayor auge entre 1960 y 70.


Cuarta Generación (de 1971 hasta la fecha)

Dos mejoras en la tecnología de las computadoras marcan el inicio de la cuarta generación: el reemplazo de las memorias con núcleos magnéticos, por las de Chips de silicio y la colocación de muchos más componentes en un Chic: producto de la microminiaturización de los circuitos electrónicos. El tamaño reducido del microprocesador de Chips hizo posible la creación de las computadoras personales. (PC) Hoy en día las tecnologías LSI (Integración a gran escala) y VLSI (integración a muy gran escala) permiten que cientos de miles de componentes electrónicos se almacén en un chic. Usando VLSI, un fabricante puede hacer que una computadora pequeña rivalice con una computadora de la primera generación que ocupara un cuarto completo.



2.   Estructuras de los ordenadores

 

Hardware son todos aquellos componentes físicos de una computadora, todo lo visible y tangible. El Hardware realiza las 4 actividades fundamentales: entrada, procesamiento, salida y almacenamiento secundario.

Todos los ordenadores digitales modernos son similares conceptualmente con independencia de su tamaño. Sin embargo, pueden dividirse en varias categorías según su precio y rendimiento. Veamos esta clasificación:

 

2.1 Clasificación de los ordenadores

 

Supercomputadoras
Una supercomputadora es el tipo de computadora más potente y más rápido que existe en un momento dado. Estas máquinas están diseñadas para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y son dedicadas a una tarea específica. Así mismo son las más caras, sus precios alcanzan los 30 MILLONES de dólares y más; y cuentan con un control de temperatura especial, esto para disipar el calor que algunos componentes alcanzan a tener. Unos ejemplos de tareas a las que son expuestas las supercomputadoras son los siguientes:

1.      Búsqueda y estudio de la energía y armas nucleares.

2.      Búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos.

3.      El estudio y predicción de tornados.

4.      El estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo.

5.      La elaboración de maquetas y proyectos de la creación de aviones, simuladores de vuelo. Etc.

Debido a su precio, son muy pocas las supercomputadoras que se construyen en un año.

 

Macrocomputadoras

Las macrocomputadoras son también conocidas como Mainframes. Los mainframes son grandes, rápidos y caros sistemas que son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida. Los mainframes tienen un costo que va desde 350,000 dólares hasta varios millones de dólares. De alguna forma los mainframes son más poderosos que las supercomputadoras porque soportan más programas simultáneamente. PERO las supercomputadoras pueden ejecutar un sólo programa más rápido que un mainframe. En el pasado, los Mainframes ocupaban cuartos completos o hasta pisos enteros de algún edificio, hoy en día, un Mainframe es parecido a una hilera de archiveros en algún cuarto con piso falso, ésto para ocultar los cientos de cables de los periféricos, y su temperatura tiene que estar controlada.

 

Minicomputadoras

En 1960 surgió la minicomputadora, una versión más pequeña de la Macrocomputadora. Al ser orientada a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un Mainframe, y ésto ayudo a reducir el precio y costos de mantenimiento. Las Minicomputadoras , en tamaño y poder de procesamiento, se encuentran entre los mainframes y las estaciones de trabajo. En general, una minicomputadora, es un sistema multiproceso (varios procesos en paralelo) capaz de soportar de 10 hasta 200 usuarios simultáneamente. Actualmente se usan para almacenar grandes bases de datos, automatización industrial y aplicaciones multiusuario.


Microcomputadoras

Las microcomputadoras o Computadoras Personales (PC´s) tuvieron su origen con la creación de los microprocesadores. Un microprocesador es "una computadora en un chic", o sea un circuito integrado independiente. Las PC´s son computadoras para uso personal y relativamente son baratas y actualmente se encuentran en las oficinas, escuelas y hogares. El término PC se deriva de que para el año de 1981, IBM®, sacó a la venta su modelo "IBM PC", la cual se convirtió en un tipo de computadora ideal para uso "personal", de ahí que el término "PC" se estandarizó y los clones que sacaron posteriormente otras empresas fueron llamados "PC y compatibles", usando procesadores del mismo tipo que las IBM , pero a un costo menor y pudiendo ejecutar el mismo tipo de programas. Existen otros tipos de microcomputadoras, como la Macintosh®, que no son compatibles con la IBM, pero que en muchos de los casos se les llaman también "PC´s", por ser de uso personal. En la actualidad existen variados tipos en el diseño de PC´s: Computadoras personales, con el gabinete tipo minitorre, separado del monitor. Computadoras personales portátiles "Laptop" o "Notebook". Computadoras personales más comunes, con el gabinete horizontal, separado del monitor. Computadoras personales que están en una sola unidad compacta el monitor y el CPU. Las computadoras "laptops" son aquellas computadoras que están diseñadas para poder ser transportadas de un lugar a otro. Se alimentan por medio de baterías recargables, pesan entre 2 y 5 kilos y la mayoría trae integrado una pantalla de LCD (Liquid Crystal Display). Estaciones de trabajo o Workstations Las estaciones de trabajo se encuentran entre las Minicomputadoras y las macrocomputadoras (por el procesamiento). Las estaciones de trabajo son un tipo de computadoras que se utilizan para aplicaciones que requieran de poder de procesamiento moderado y relativamente capacidades de gráficos de alta calidad. Son usadas para: Aplicaciones de ingeniería CAD (Diseño asistido por computadora) CAM (manufactura asistida por computadora) Publicidad Creación de Software en redes, la palabra "workstation" o "estación de trabajo" se utiliza para referirse a cualquier computadora que está conectada a una red de área local.


2.2 Componentes principales

 

Unidad Central

La unidad central es la “caja” en la que se encuentran gran parte de los elementos del sistema informático.

Componentes:             

-          Placa base o “motherboard”. Es una placa de circuito impreso en la que se encuentran: la CPU, los bancos de memoria, la ROM...

-                     Periféricos internos:

-          Disco duro

-          Lector Cd

-                     Fuente de alimentación. Transforma la corriente y la adecua a los periféricos.


En realidad, un ordenador digital no es una única máquina, en el sentido en el que la mayoría de la gente considera a los ordenadores. Es un sistema compuesto de cinco elementos diferenciados: una CPU (unidad central de proceso); dispositivos de entrada; dispositivos de almacenamiento de memoria; dispositivos de salida y una red de comunicaciones, denominada bus, que enlaza a todos los elementos del sistema y conecta a éste con el mundo exterior.

 


La CPU

Funciones que realiza

La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir como un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones, es decir, realiza cálculos aritméticos y lógicos  y además temporiza y controla las operaciones de los demás elementos del sistema. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en los ordenadores. Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos (básicamente transistores).

 

            Elementos que la componen

 

· Unidad de control: tiene tres tareas principales: temporiza y regula las operaciones de la totalidad del sistema informático; su decodificador de instrucciones lee las configuraciones de datos en un registro designado y las convierte en una actividad, como podría ser sumar o comparar y su unidad interruptora indica en qué orden utilizarán la CPU las operaciones individuales y regula la cantidad de tiempo de CPU que podrá consumir cada operación. En resumen: interpreta y ejecuta las instrucciones, controlando el funcionamiento de la CPU  y por tanto de el computador.   

· Unidad aritmético-lógica (ALU):  encargada de llevar a cabo las funciones de procesamiento de datos del computador. Realiza cálculos y comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole)

· Registros: proporcionan almacenamiento interno a la CPU. Son áreas de almacenamiento temporal que contienen datos, realizan un seguimiento de las instrucciones y conservan la ubicación y los resultados de dichas operaciones.

· Interconexiones CPU: Son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, la ALU y los registros. Es un bus interno, una red de líneas de comunicación que conecta los elementos internos del procesador y que también lleva hacia los conectores externos que enlazan al procesador con los demás elementos del sistema informático. Los tres tipos de bus de la CPU son: un bus de control que consiste en una línea que detecta las señales de entrada y de otra línea que genera señales de control desde el interior de la CPU; el bus de dirección, una línea unidireccional que sale desde el procesador y que gestiona la ubicación de los datos en las direcciones de la memoria y el bus de datos, una línea de transmisión bidireccional que lee los datos de la memoria y escribe nuevos datos en ésta.

 

Tipos de microprocesadores

Básicamente nos encontramos con dos tipos de diseño de los microprocesadores: RISC (Reduced-Instruction-Set Computing) y CISC (complex-instruction-set computing).

 

 Los microprocesadores RISC se basan en la idea de que la mayoría de las instrucciones para realizar procesos en el computador son relativamente simples por lo que se minimiza el número de instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la CPU. Algunos ejemplos de arquitectura RISC son el SPARC de Sun Microsystem’s, el microprocesador Alpha diseñado por la antigua Digital, hoy absorbida por Compaq y los Motorola 88000 y PowerPC. Estos procesadores se suelen emplear en aplicaciones industriales y profesionales por su gran rendimiento y fiabilidad.

Los microprocesadores CISC, al contrario, tienen una gran cantidad de instrucciones y por tanto son muy rápidos procesando código complejo. Las CPU´s CISC más extendidas son las de la familia 80x86 de Intel cuyo último micro es el Pentium III. Últimamente han aparecido otras compañías como Cirix y AMD que fabrican procesadores con el juego de instrucciones 80x86 y a un precio sensiblemente inferior al de los microprocesadores de Intel. Además, tanto Intel con  MMX como AMD con su especificación 3D-Now! están apostando por extender el conjunto de instrucciones de la CPU para que trabaje más eficientemente con tratamiento de imágenes y aplicaciones en 3 dimensiones.

 

El coprocesador es un procesador que puede estar incluido o no en el procesador principal y que se encarga de hacer cálculos matemáticos, aliviando de esa parte de trabajo al procesador.

 

 

Microprocesadores PC

Microprocesadores PC lanzados por INTEL

 

CPU

Año

Rango de la velocidad (MHz)

Coprocesador

8086

1978

4.7

8

No

8088

1979

8

20

No

286DX

1982

20

33

No

386SX

1985

12

25

No

486DX

1988

20

50

Si

486SD