Conceptos básicos de hardware y software, redes y protocolos de comunicación

Ordenador

Definición y funciones

El ordenador, también conocido como computador, es una máquina diseñada para realizar operaciones lógicas y aritméticas con datos de entrada, generando datos de salida. Funciona mediante instrucciones previamente definidas y almacenadas, y puede requerir la intervención de una persona en ciertos procesos. Un programa es un conjunto de órdenes que el ordenador ejecuta para llevar a cabo tareas específicas. La interacción entre el usuario y el ordenador es esencial para el tratamiento de la información.

Características del ordenador

Los ordenadores poseen varias características que los hacen herramientas poderosas:

• Programabilidad: Ejecutan órdenes recibidas.
• Versatilidad: Pueden realizar diversas tareas, incluso simultáneamente.
• Interactividad: Responden a las acciones del usuario.
• Rapidez: Operan a una velocidad superior a la humana.
• Precisión: Realizan cálculos y procesos con alta exactitud.
• Capacidad de almacenamiento: Pueden guardar grandes volúmenes de datos en espacios reducidos.

Hardware y Software

El hardware se refiere a los componentes físicos del ordenador, mientras que el software abarca los programas y datos que manipulan estos componentes. En la práctica, el término software suele referirse a los programas que operan en el ordenador, y se considera un elemento no tangible, a diferencia del hardware. Ambos son esenciales para el funcionamiento del sistema informático.

Personal informático

El personal informático está compuesto por un equipo de personas que realizan actividades relacionadas con la informática, asegurando el correcto funcionamiento de los sistemas. Se clasifican en varias categorías:

• Dirección: Coordinan y dirigen departamentos de procesamiento de datos.
• Análisis y diseño: Inician el desarrollo de aplicaciones informáticas y crean algoritmos para resolver problemas.
• Programación: Transcriben algoritmos a lenguajes de programación.
• Mantenimiento y personal técnico: Se encargan de la instalación de software, verificación de sistemas y control de virus.
• Explotación o usuarios: Manejan las aplicaciones y utilizan los sistemas informáticos.

Información

La información es un elemento fundamental que se procesa mediante un ordenador. Se representa a través de símbolos y su significado es interpretado por el usuario. Generalmente, se refiere a entradas y resultados que son cruciales para la ejecución de programas.

Clasificación de datos

Los datos se clasifican en dos categorías principales:

• Datos Elementales: Sin tratamiento previo, son entradas para la ejecución de un programa.
• Datos Elaborados: Resultan de la manipulación de datos elementales y son utilizados para la toma de decisiones.

Sistemas de Numeración

Los sistemas digitales utilizan un número finito de símbolos. Los más comunes son:

• Sistema Decimal: Utiliza 10 dígitos (0-9).
• Sistema Binario: Utiliza 2 símbolos (0 y 1), donde cada unidad elemental se denomina bit.

Representación en Sistemas Digitales

La relación entre hardware y software se establece a través de señales eléctricas, ópticas y magnéticas, que representan los estados de 0 y 1. El código binario permite representar información más compleja mediante conjuntos de bits.

Digitalización y conversión

La digitalización es el proceso de convertir datos de entrada al alfabeto binario. Los programas informáticos están codificados en este formato y requieren conversión para ser interpretados por los humanos. Este flujo de información incluye:

• Datos de Entrada: Convertidos a binario.
• Datos Procesados: Resultados en formato binario.
• Datos de Salida: Convertidos nuevamente para la interpretación humana.

Almacenamiento

El almacenamiento se mide en bytes, donde 1 byte equivale a 8 bits. Los múltiplos del sistema binario son diferentes a los del sistema decimal, siendo:

• Kilobyte (KB): 1024 bytes
• Megabyte (MB): 1,048,576 bytes
• Gigabyte (GB): 1,073,741,824 bytes

Ejemplos de Almacenamiento

Tipo de archivo Tamaño aproximado Texto de una novela (200 páginas) 600 KB Canción de 3 minutos en MP3 3 MB Película de 120 minutos en HD 7.2 GB Memoria RAM de un ordenador medio 16 GB Espacio de disco en un ordenador medio 500 GB

Velocidad de transmisión

La velocidad de transmisión se mide en bits por segundo (bps). Las unidades comunes incluyen:

• Kilobits por segundo (kbps): 1,000 bps
• Megabits por segundo (Mbps): 1,000,000 bps
• Gigabits por segundo (Gbps): 1,000,000,000 bps

Tipos de velocidad

• Velocidad de Bajada (Downstream): Descarga de datos hacia el usuario.
• Velocidad de Subida (Upstream): Envío de datos desde el usuario.
• Velocidad Simétrica: Igual para bajada y subida.

Comparación entre almacenamiento y velocidad de transmisión

Es importante distinguir entre las unidades de almacenamiento (bytes) y las de velocidad de transmisión (bits). La confusión en la publicidad puede llevar a malentendidos sobre la capacidad real de almacenamiento y la velocidad de transmisión de datos.

Tipos de computadores

Clasificación según su uso

Los computadores se pueden clasificar en dos categorías principales según su uso:

• Uso General: Diseñados para realizar diversas tareas y aplicaciones. Son manejados por el usuario y pueden ejecutar múltiples programas.
• Uso Específico: Destinados a aplicaciones concretas o limitadas, como los computadores embebidos, que forman parte de sistemas más grandes y realizan funciones de control sin acceso directo.

Clasificación según paralelismo

La clasificación de los computadores también puede hacerse según su capacidad de paralelismo, que se refiere a la capacidad de ejecutar múltiples instrucciones simultáneamente:

• SISD (Single Instruction stream, Single Data stream): Un solo flujo de instrucciones y datos, donde se ejecuta una instrucción a la vez.
• SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream): Un solo flujo de instrucciones que opera sobre múltiples datos, ideal para aplicaciones científicas y técnicas.
• MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream): Varios flujos de instrucciones y datos, utilizado en sistemas multiprocesador donde cada procesador puede ejecutar tareas diferentes.

Clasificación según la potencia

Los computadores también se clasifican según su potencia, que incluye la capacidad de cómputo, velocidad de funcionamiento y capacidad de memoria:

• Servidores: Sistemas conectados a redes que ofrecen servicios a múltiples usuarios, incluyendo servidores de aplicaciones, archivos, bases de datos, impresión y red.
• Supercomputadores: Equipos de gran capacidad que utilizan múltiples procesadores para ejecutar cálculos intensivos, como el HPC (High Performance Computing).
• Ordenadores Personales: Diseñados para un solo usuario, con diversas gamas que incluyen estaciones de trabajo y ordenadores portátiles.

Estructura funcional del Hardware

La arquitectura de los computadores se basa en el modelo de Von Neumann, que incluye:

• Entrada: Dispositivos que introducen datos e instrucciones.
• Salida: Dispositivos que presentan los resultados al usuario.
• Memoria Interna: Rápida y conectada al procesador, dividida en ROM (memoria de solo lectura) y RAM (memoria de acceso aleatorio).
• Unidad de Control y ALU: Controla las operaciones y realiza cálculos aritméticos y

Evolución histórica y orígenes

La informática ha evolucionado a lo largo de la historia, comenzando con herramientas y máquinas que facilitaban cálculos y tareas repetitivas. Algunos hitos importantes incluyen:

• Era Mecánica: Desde el uso del ábaco hasta la máquina de calcular de Pascal.
• Desarrollo de la Lógica Formal: Con contribuciones de pensadores como Leibniz y Boole, que sentaron las bases para el razonamiento computacional.
• Máquina de Turing: Introducción de un modelo teórico que puede ser adaptado para cualquier cálculo.

Antecedentes de la informática

- La historia de la informática se remonta a los primeros dispositivos de cálculo, donde se destacan las contribuciones de figuras como Blaise Pascal y Gottfried Wilhelm Leibniz. En 1880, Hermann Hollerith desarrolló la tabuladora, que utilizaba tarjetas perforadas para clasificar datos, marcando un hito en la comercialización de máquinas de cálculo. Empresas como IBM (1924), Remington-Rand (1927) y Bull (1914) comenzaron a producir computadoras basadas en estos diseños. En 1914, Torres Quevedo presentó un ajedrez automático, y en 1920 se desarrolló una máquina electromecánica inspirada en las ideas de Charles Babbage.

> El Z1, creado por Konrad Zuse en 1937, fue el primer computador binario electromecánico. En 1938, Claude Shannon diseñó circuitos lógicos complejos, y en 1939, Atanasoff y Berry construyeron el primer computador digital electrónico de aritmética binaria, que influiría en el desarrollo del ENIAC. En 1944, Howard Aiken presentó el Mark I, capaz de realizar sumas y restas de 23 dígitos en 3 décimas de segundo, utilizando relés.

Generaciones de computadores

La evolución de los computadores se divide en cuatro generaciones principales, cada una caracterizada por avances tecnológicos significativos:

Generación Periodo Tecnología principal Primera 1946 - 1954 Válvulas de vacío Segunda 1955 - 1963 Transistores Tercera 1964 - 1970 Circuitos integrados Cuarta 1971 - presente Microprocesadores

*La quinta generación de computadores se centra en la inteligencia artificial y el procesamiento paralelo, con un enfoque en el reconocimiento de voz y el lenguaje natural. La Ley de Moore predice un crecimiento exponencial en la cantidad de transistores, lo que permitirá avances significativos en diversas áreas, incluyendo la traducción automática y el procesamiento del lenguaje natural.

Hardware

Unidad Central de Proceso (CPU)

La CPU es el centro coordinador del computador, encargada de ejecutar instrucciones y procesar datos. Los microprocesadores, que integran múltiples circuitos en un solo chip, son fundamentales en este proceso.

Memoria Principal

La memoria principal retiene información y permite la ejecución de aplicaciones. Se divide en:

• Memoria RAM: Volátil, utilizada para datos en ejecución.
• Memoria ROM: No volátil, contiene programas esenciales.

Tarjeta Gráfica

Las tarjetas gráficas, o GPU, son cruciales para procesar y renderizar imágenes y gráficos, liberando carga del procesador central. Existen modelos integrados y dedicados, cada uno optimizado para diferentes tareas.

Memoria Secundaria

Los dispositivos de almacenamiento masivo, como discos duros (HDD) y unidades de estado sólido (SSD), permiten la retención de información no volátil y el intercambio de datos. La velocidad de acceso es más lenta que en la memoria principal, pero son esenciales para copias de seguridad y almacenamiento histórico.

Periféricos de entrada

Teclado