Digitalización y arquitectura del ordenador en I.e.s. José Saramago

4º ESO Digitalización

SS.0+ So.l+ e8.St+ 22.8- 0S.A+ 86.0+

O C I.E.S. José Saramago Departamento de Tecnología Curso 2024/2025Tema 1 Arquitectura del ordenador

21. CONCEPTO DE COMPUTACIÓN

La ciencia de la computación es una disciplina académica que se centra en el estudio de los fundamentos teóricos y prácticos de la informática. Abarca una gran variedad de temas, como las tecnologías de la información y la comunicación, la programación, la inteligencia artificial o la robótica. El término informática proviene de la unión de dos palabras: información y automática.

Las ciencias de la computación están produciendo cambios profundos en la estructura social, industrial, laboral y económica del mundo actual y se ha convertido en uno de los motores principales del desarrollo y del progreso. La productividad de la economía y la eficacia de las instituciones pasan por un sistema productivo centrado en la capacidad de generación y tratamiento de la información del individuo, basándose cada vez más en la inteligencia artificial. También están permitiendo la globalización de los conocimientos al poner en contacto a personas de muy diversa índole y crear nuevos grupos sociales.

BREVE HISTORIA DE LA COMPUTACIÓN

Las matemáticas son el origen de las ciencias de la computación. A lo largo de la historia el hombre ha tratado de idear sistemas y máquinas que le facilitaran la realización de cálculos matemáticos.

88888 B88 El ábaco chino (2000 a. C.), es el instrumento de cálculo más antiguo, destinado a realizar sumas, restas y multiplicaciones. En 1623 el alemán Wilhelm Schickard creo la primera máquina de calcular que realizaba las cuatro operaciones aritméticas. El matemático Pascal inventó en 1642 la "Pascalina", que lograba realizar sumas y restas. Tenía 19 años. En 1670 el alemán Leibniz creó una máquina que además elevaba al cuadrado. Leibniz fue el primero en usar el código binario para desarrollar su invento. Jacquard, en 1805, fue el primero en automatizar una máquina. Lo hizo mediante unas tarjetas perforadas que al introducirlas en un telar hacía que éste trabajase de forma automática. En 1836 el matemático Charles Babbage visionó las computadoras programables desarrollando su "máquina analítica", considerada como la precursora de los ordenadores. Se trataba de un dispositivo mecánico compuesto por ruedas y engranajes, capaz de realizar cualquier cálculo y de almacenar programas mediante tarjetas perforadas. Ada Lovelace, que trabajo con Babbage, escribió unas notas que en la actualidad se consideran el primer programa informático de la historia. La válvula de vacío (1904) posibilitó el desarrollo de la electrónica y con ello la radiodifusión, la televisión, el radar, las redes telefónicas y las incipientes computadoras. Alan Turing es considerado uno de los padres de las ciencias de la computación. En 1936 presentó el concepto de lo que denominaría máquina de Turing, un dispositivo que podía hacer cualquier cálculo matemático con una serie de instrucciones, lo que sentó las bases de las primeras computadoras. https://www.cultura.gob.ar/alan-turing-el-padre-de-la-inteligencia-artificial-9162/ 3

GENERACIONES DE LA COMPUTACIÓN

Ya en el siglo XX, favorecidos por el desarrollo de la tecnología electrónica, se crean los primeros ordenadores. Se diferencian de las calculadoras en que incorporan un programa susceptible de ser modificado para que la máquina pueda realizar diferentes tareas. El desarrollo de los ordenadores modernos se divide en varias etapas o generaciones:

• Primera generación (1940-1960). Ordenadores construidos básicamente con válvulas de vacío. El ENIAC fue creado en EE.UU (Universidad de Pensilvania) en 1947. En 1944, John Neumann se unió al proyecto y doto a la máquina de la capacidad para codificar las instrucciones como números y almacenarlos en memoria. También sentó las bases, aún hoy vigentes, sobre la arquitectura del ordenador. Surge el primer lenguaje de programación que sirve para sustituir el lenguaje máquina, (0 y 1), por un lenguaje simbólico algo más cercano al lenguaje humano. https://www.youtube.com/watch?v=5fprPflOMp8 min11

• Segunda generación (1960-1965). Los transistores comienzan a sustituir a las válvulas de vacío. Disminuye el consumo eléctrico y el espacio del equipo, aumenta la potencia de procesamiento y de memoria y aparecen los primeros lenguajes de programación de alto nivel, como FOLTRAN, muy utilizado por programadores científicos.

• Tercera generación (1965-1975). La compañía de Texas Instruments fabrica los primeros circuitos integrados o chips (1959), formados por miles de transistores montados en circuitos impresos, como el IBM 360, lo que reduce enormemente el tamaño de los ordenadores. Aumenta la velocidad de procesamiento y aparecen los primeros sistemas operativos (programas que controlan el funcionamiento del ordenador). En 1971 la compañía INTEL consigue incluir en un solo chip todos los elementos de la llamada Unidad Central de Proceso (CPU): nace el primer microprocesador. En 1969 aparece ARPANET la primera red entre ordenadores y el protocolo TCP/IP.

• Cuarta generación (1975-1990). Aumenta la capacidad de cálculo y reduciéndose el tamaño de las máquinas. Aparecen nuevos lenguajes de programación, como: Pascal o Basic. Pero el hito más importante es el lanzamiento en 1981 del primer ordenador personal (Personal Computer o PC) comercializado por IBM y junto al sistema operativo MS-DOS. Comenzaba la informática de consumo. En 1983 aparece Internet. IBM IBM BM. Primer ordenador personal, 1981

• Quinta generación (a partir de 1990). Se reduce el precio del PC y se generaliza su uso. Surgen los microprocesadores de nueva generación que integran millones de transistores en un solo chip (el microprocesador Core i7 de INTEL tiene 774 millones) y son capaces de trabajar a velocidades superiores a varios GigaHercios (1 GHz equivale a mil millones de operaciones por segundo). Se extienden los SO de interface gráfica como Windows. Se amplía la red mundial de Internet gracias a la WWW en 1991. La Sexta generación podría denominarse como la era de las computadoras basadas en redes neuronales artificiales o "cerebros artificiales". Las tecnologías de esta generación ya han sido desarrolladas o están en ese proceso. Algunas de ellas son: inteligencia artificial; teoría del caos, sistemas difusos, holografía, transistores ópticos, el pensamiento de lenguaje natural, etc. En las próximas décadas los ordenadores cuánticos 4

EL LENGUAJE DE LOS ORDENADORES. EL CÓDIGO BINARIO

Los ordenadores son dispositivos electrónicos que trabajan con señales eléctricas. Así, si observamos una bombilla, vemos que puede tener dos estados: encendida - apagada. Por tanto, podemos crear un código aplicando el sistema binario, de manera que si "hay un cierto nivel de voltaje" correspondería con un 1 y si "el voltaje es inferior" o no hay voltaje, equivaldría a un 0.

1 0 T 7 O A partir de estos dos números se construye toda la información de forma sencilla a través de circuitos elementales. Si disponemos de circuitos formados por ocho elementos simples, capaces de representar un dato, hemos creado el lenguaje que entiende el ordenador, el llamado código máquina. Cada una de estas unidades mínimas de información que representan un 0 o 1 se denomina bit y un grupo de 8 bits forman un byte. La información en el ordenador se organiza en bytes. Igual que en el sistema decimal cada cifra tiene un valor debido a su posición, en un byte, cada celda (bit) tiene un valor numérico fijo que va desde 2º (1) hasta 27 (128). Por tanto, para conocer qué número decimal corresponde a un byte, solo tenemos que sumar el valor de la/s celda/s que tienen un 1. Las demás valen cero.

Byte y Valor de Celda

Valor de cada celda 27 26 25 2ª 23 2 21 2º 128 64 32 16 8 4 2 1 Número binario 1 0 0 1 1 0 0 1 Valor 1*27=128 0*26=64*0 0*25=0 1*24=16 1*23=8 0*22=0 0*21=0 1*2º=1 Número 128 + 0 + 0 + 16 + 8 + 0 + 0 + 1 =153 decimal Para saber qué número en binario se corresponde con un número decimal operamos de la siguiente forma:

1. Tomamos el número decimal y lo dividimos sucesivamente por 2 hasta el último cociente. 13 1 |2 6 0 2 3 1 2 1
2. Se toman los restos y el último cociente en orden invertido es decir, el primer resto (el primero que salió) será el dígito derecho: 13 = 1101
3. Se añaden a la izquierda los ceros que pudieran faltar 13= 00001101 5

PRÁCTICA 1. NÚMEROS BINARIOS Y ENTEROS

1. Pasa a número binario los siguientes números enteros: 99, 53, 176 y 234

2. Pasa estos numeros binarios a enteros: 10001101, 00011101 Para representar las distintas letras, números y caracteres se utiliza el llamado Código ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Código Estándar Estadounidense para el Intercambio de Información) formado por las 256 combinaciones distintas que se pueden realizar con un byte: 27.

Caracteres ASCII

Caracteres ASCII de control Caracteres ASCII imprimibles ASCII extendido (Página de código 437) 00 NULL (carácter nulo) 32 espacio 64 @ 96 128 Ç á 192 224 Ó 01 SOH (inicio encabezado) 33 1 65 A 97 a 129 ü 161 193 1 225 B 02 STX (inicio texto) 34 66 B 98 b 130 é 162 .C 194 226 Ô 03 ETX (fin de texto) 35 # 67 C 99 C 131 å 163 ú 195 227 Ò 04 EOT (fin transmisión) 36 $ 68 D 100 d 132 à 164 ñ 196 - 228 Õ 05 ENQ (consulta) 37 % 69 E 101 e 133 à 165 N 197 + 229 Ő 06 ACK (reconocimiento) 38 & 70 F 102 134 a 166 198 ã 230 07 BEL (timbre) 39 71 G 103 135 Ç 167 199 Ã 231 08 BS 40 ( 72 H 104 h 136 ê 168 200 L 232 P 09 HT (tab horizontal) ) 73 - 105 137 ë 169 ® 201 233 Ú 10 LF 42 74 J 10€ 138 è 170 202 234 Û 11 VT (tab vertical) 43 75 K 107 k 139 171 1/2 203 T 235 Ù 12 FF (nueva página) 44 76 L 108 140 172 204 JL 236 ý 13 CR (retorno de carro) 45 77 M 109 m 141 173 205 = 237 Ý 14 SO (desplaza afuera) 46 78 N 110 n 142 Ä 174 206 238 15 SI (desplaza adentro) 47 79 O 111 0 143 Å 175 » 207 239 16 DLE (esc.vínculo datos) 48 0 80 P 112 p 144 É 176 208 240 arroba (alt + 64) 17 DC1 (control disp. 1) 49 1 81 Q 113 q 145 æ 177 209 Đ 241 + 18 DC2 (control disp. 2) 50 2 82 R 114 r 146 Æ 178 210 242 guión bajo, subrayado (alt + 95) 19 DC3 (control disp. 3) 51 3 83 S 115 S 147 ô 179 211 E 243 20 DC4 (control disp. 4) 52 4 84 T 116 t 148 ö 180 212 E 244 1 21 NAK (conf. negativa) 53 5 85 U 117 U 149 ò 181 A 213 1 245 § 22 SYN (inactividad sinc) 54 6 86 V 118 V 150 û 182 Â 214 246 : 23 ETB (fin bloque trans) 55 7 87 W 119 W 151 ù 183 À 215 247 24 CAN (cancelar) 56 8 88 X 120 x ÿ 184 C 216 248 25 EM (fin del medio) 57 9 89 Y 121 y 153 Ö 185 217 249 26 SUB (sustitución) 58 : 90 Z 122 Z 154 Ü 186 218 250 signo numeral (alt + 35) 27 ESC (escape) 59 91 [ 123 { 155 Ø 187 219 25 28 FS (sep. archivos) 60 V 92 124 I 156 £ 188 220 252 3 29 GS (sep. grupos) 61 = 93 1 125 } 157 Ø 189 ¢ 221 253 2 30 RS (sep. registros) 62 > 94 126 158 × 190 ¥ 222 254 31 US (sep. unidades) 63 ? 95 159 f 191 7 223 255 nbsp 127 DEL (suprimir) de uso frecuente (idioma español) vocales con acento (español acento agudo) vocales con diéresis símbolos matemáticos símbolos comerciales comillas, llaves paréntesis ñ alt + 164 á alt + 160 alt + 132 alt + 171 S alt + 36 alt + 34 N alt + 165 alt + 130 ë alt + 137 alt + 172 £ alt + 156 alt + 39 @ alt + 64 alt + 161 ï alt + 139 alt + 243 ¥ alt + 190 ( alt + 40 ¿ alt + 168 ó alt + 162 Ö alt + 148 1 alt + 251 ¢ alt + 189 ) alt + 41 ? alt + 63 Ú alt + 163 alt + 129 3 alt + 252 alt + 207 alt + 91 ! alt + 33 E alt + 144 E alt + 211 f alt + 159 alt + 184 { alt + 123 : alt + 58 alt + 214 Ï alt + 216 + alt + 241 n alt + 166 } alt + 125 1 alt + 47 Ò alt + 224 Ö alt + 153 x alt + 158 alt + 167 alt + 174 1 alt + 92 U alt + 233 Ü alt + 154 alt + 246 o alt + 248 alt + 175 Como utilizar el código ASCII: supongamos que queremos escribir el carácter A.

1. Presiona la tecla "Alt" y sin soltar teclea (con el teclado alfanumérico) el 65.
2. Suelta la tecla "Alt" y observaras que aparece esa letra.
3. Ahora escribe tu nombre utilizando los códigos ASCII

2.1 NOTACIÓN HEXADECIMAL

Con un byte podemos representar 256 valores, desde el 0 hasta el 255 y para ello necesitamos 8 bits. Si necesitamos representar un número más elevado necesitamos más bytes. Por eso se ha tomado en estos casos una nueva base: la numeración hexadecimal. Comprobaremos que la ventaja del sistema hexadecimal es que para representar los mismos valores necesitamos menos dígitos y eso simplifica la expresión binaria de los objetos. El sistema numérico hexadecimal utiliza base 16, de manera que como sólo disponemos de diez dígitos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) necesitamos ampliar esa cantidad y se hace mediante letras: A, B, C, D, E, F. 6 www. elCodigoAscii .com.ar los más consultados - barra invertida (alt + 92) - ñ eñe minuscula (alt + 164) Ñ eñe mayúscula (alt + 165) comilla simple, apostrofe (alt + 39) # * asterisco (alt + 42) ~ equivalencia, tilde (alt + 126) - guión medio (alt + 45) 1 j 1 î . - . 1 : 1 A alt + 142 2 alt + 253 @ alt + 169 ] alt + 93 alt + 173 Å alt + 181 < f g (retroceso) 41 (nueva línea) * r 160 L Ï J --. . : T + ì 152 7