Tema 9A – Sistemas informáticos- estructura, elementos componentes

1. – INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS BÁSICOS.

La Informática es la respuesta que la Tecnología ofrece a la necesidad de usar eficientemente toda información disponible en la toma de decisiones, mediante la adquisición, representación, tratamiento y transmisión de dicha información de forma automática, utilizando sistemas (máquinas) denominados ordenadores.

Así, se puede definir INFORMÁTICA como “el cuerpo de conocimientos científicos y técnicos que se ocupa del tratamiento de la información por medios automáticos, principalmente mediante equipos electrónicos de proceso de datos“. Es la Ciencia e Ingeniería de los ordenadores, que abarca todos los aspectos del diseño y uso de los mismos.

El ORDENADOR (llamado también computador o computadora), es una máquina capaz de aceptar unos datos e instrucciones de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y aritméticas, y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida, todo ello sin la intervención de un operario humano y bajo el control de un programa de instrucciones previamente almacenado en el propio ordenador. (Fig. 1).

El Ordenador se compone básicamente de 2 subsistemas:

El soporte físico, o HARDWARE de un ordenador es la máquina en sí: el conjunto de circuitos electrónicos, cables, armarios, dispositivos electromecánicos y otros elementos físicos que forman el ordenador, y todo lo relacionado con ello (Teoría de la Conmutación, Electrónica…); de este subsistema tratará la primera parte del tema. El soporte lógico, SOFTWARE o logical de un ordenador es el conjunto de programas necesarios para que el ordenador funcione y toda la documentación asociada con dichos programas; de este subsistema tratará la segunda parte de este tema.

Todos los elementos electrónicos del ordenador son digitales (salvo las señales que van desde la tarjeta de vídeo al monitor VGA), es decir, que trabajan en 2 estados posibles: a uno de ellos se le llama Alto y supone la existencia de voltaje eléctrico, normalmente + 5 V, asignándole a este nivel de funcionamiento el nº 1 del sistema binario (trabajando en lógica positiva). El otro estado posible es el Bajo y significa la ausencia de voltaje eléctrico 0 V, en el sistema binario se corresponde con el nº 0.

2. – ESTRUCTURA DE LOS ORDENADORES, ELEMENTOS COMPONENTES Y SU FUNCIÓN EN EL CONJUNTO.

HARDWARE O SOPORTE FÍSICO

Un ordenador se compone de las siguientes unidades funcionales:

UNIDAD DE ENTRADA (E): Es el dispositivo por donde se introducen en el ordenador los datos e instrucciones. En estas unidades las informaciones de entrada se transforman en señales binarias de naturaleza eléctrica.

UNIDAD DE SALIDA (S): Es el dispositivo por donde se obtienen los resultados de los programas ejecutados en el ordenador. Transforman las señales eléctricas binarias en caracteres escritos o visualizados.

Un mismo ordenador puede tener una o varias unidades de entrada y salida.

MEMORIA (M): Es la unidad donde se almacenan los datos y las instrucciones. Existen 2 tipos de memoria diferenciados principalmente por su velocidad:

* Memoria principal, o central o interna: es la que actúa con mayor de velocidad, y está ligada directamente a las unidades más rápidas del ordenador (Unidad de Control y Unidad Aritmético-Lógica). Para que un programa se ejecute debe estar almacenado (cargado) en la memoria principal. En los ordenadores actuales está formada por circuitos electrónicos integrados.

* Memoria masiva auxiliar, secundaria o externa: Es el conjunto de unidades utilizadas para guardar masivamente información, tales como discos y cintas magnéticas y discos ópticos que son más lentos pero suelen tener mucha más capacidad que la memoria principal (del orden de 1.000 veces más lentos y más capaces).

UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA (ALU): También se llama unidad de tratamiento o camino o ruta de datos. Esta unidad contiene los circuitos electrónicos con los que se hacen las operaciones de tipo aritmético (sumas, restas…) y de tipo lógico (comparar 2 números, hacer operaciones del Algebra de Boole binaria…) según los datos o instrucciones recibidas de los programas.

UNIDAD DE CONTROL (UC): Su función es dirigir al resto de las unidades e interpretar las instrucciones recibidas.

Se denominan Periféricos de un ordenador al conjunto de sus E, S y memoria masiva auxiliar. Al resto de unidades, es decir, memoria principal, ALU y UC, las denominamos, computador central. La Unidad de Procesamiento Central (CPU) es el conjunto de unidad de control y unidad aritmético – lógica.

El conjunto de la CPU y la memoria principal, es la parte más importante del ordenador, es el chip principal de la placa base, su misión puede asemejarse a la del corazón del ser humano en cuanto a que es el encargado de supervisar y controlar todo el Sistema, además de realizar el tratamiento interno de la información, interpretando y ejecutando las instrucciones y manejando los datos. Las funciones que desempeña este conjunto son (Fig. 3):

A) Almacenar las instrucciones y datos precisos para que los programas se puedan ejecutar (Mem. Principal).

B) Ejecutar las operaciones aritméticas y lógicas que el programa le indique (ALU).

C) Según las instrucciones del programa, dirigir el funcionamiento del resto de componentes del ordenador y de los periféricos (UC).

La información se transfiere de unas unidades a otras por unos cables llamados BUSES. Especialmente importantes son los que unen la CPU con las unidades de entrada y salida, que reciben el nombre de Canales.

Esta estructura corresponde a un ordenador que únicamente puede utilizarse para una aplicación concreta, (p.e. un videojuego de bolsillo, un computador para control de tráfico…). En esta década recién acabada han tenido y seguirán teniendo gran importancia, por estar siendo uno de los motores principales del desarrollo y difusión de la Informática, los llamados microordenadores, que son computadores cuyo procesador central es un microprocesador el cual es uno o muy pocos circuitos integrados (chips) que realizan las funciones de un procesador central (ALU u UC) p.e. IBM 4381 (64/32 bits) PC (386, 486, y Pentium…).

La microtecnología ha permitido que los procesadores sean más eficaces a la hora de procesar información. Mientras un procesador de 8 bits era el más habitual hace sólo 15 años, hoy nos encontramos con microprocesadores que pueden procesar simultáneamente 32 o 64 bits de información. El chip del microprocesador es un chip de silicio que se encuentra dentro de la carcasa del chip de la CPU y que presenta características de elementos semiconductores.

2.1.- Memoria.

Cada carácter de información se codifica internamente en un alfabeto binario. La unidad más elemental de información de este alfabeto se conocido como BIT. Cada valor binario bit se almacena en un acumulador. Los acumuladores se asocian en filas de ocho, de forma que cada fila almacena 8 bits.

A cada uno de estos acumuladores se le llama celdilla; estas celdillas son, en realidad, componentes electrónicos llamados biestables. Un biestable puede tener, dos estados: 1 (almacena energía), 0 (está vacío).

A cada fila de 8 bits se le llama byte y es el número de bits necesarios para almacenar un carácter. En realidad este número depende del código utilizado por el ordenador, siendo generalmente 8, por lo que habitualmente byte se utiliza como sinónimo de 8 bits u octeto. La unidad de medida de la memoria (tanto principal como auxiliar) es el byte, pero como es una unidad relativamente pequeña, es usual utilizar múltiplos:

1 Kilobyte (Kb) = 210 bytes = 1.024 bytes @ 103 bytes.

1 Megabyte (Mb) = 220 bytes = 1.048.576 bytes @ 106 bytes.

1 Gigabyte (Gb) = 230 bytes = 1.073.741.824 bytes @ 109 bytes.

Las memorias se caracterizan por su capacidad o nº de bytes máximo que pueden almacenar, y por su tiempo de acceso.

Por tanto:

a) Una memoria es un conjunto de filas y columnas compuesta por biestables.

b) En cada biestable se almacena un bit.

c) Cada fila está numerada, llamándose a ese número que la identifica Dirección.

d) El número de biestables de una fila puede variar entre: 8, 16, 32 ó 64.

e) Se llama Palabra de Memoria al contenido de una dirección.

Hay varios tipos de memoria según su construcción:

1.- Memoria ROM (Read Only Memory ó memoria de sólo lectura), sólo permiten leer la información que en ella se contiene. No podemos modificar lo que en ella está grabado. La memoria ROM suele recoger el sistema operativo, que es un software imprescindible sin el cual es imposible ejecutar las instrucciones.

La escritura de la ROM se hace de formas diferentes dependiendo de la tecnología de fabricación de los correspondientes chips: La puede hacer el fabricante, en cuyo caso el usuario le indicará qué información quiere escribir, siendo ya inalterable una vez escrita. También hay chips ROM programables por el usuario (PROM). Incluso los hay que pueden borrarse una vez programados (bien eléctricamente (EEPROM) o bien por luz ultravioleta (UVEPROM)), y volver a programarlos, son los chips EPROM.

2.- Memoria RAM (Random Access Memory ó memoria de acceso aleatorio). Es una memoria de acceso directo, de lectura y escritura para el usuario; basta indicar en qué posición de memoria se encuentra el dato que deseo traer o llevar a la CPU para su gestión o tratamiento.

La memoria RAM total del ordenador no se encuentra a disposición del usuario en su totalidad, ya que al arrancar el ordenador, la CPU ejecuta las instrucciones contenidas en la memoria ROM, entre ellas las de cargar en RAM los programas necesarios para el funcionamiento del resto de programas; estos programas se conocen como Sistema Operativo Residente y a la memoria RAM que ocupan, como Memoria del Sistema.

La memoria principal se conecta al exterior por dos buses: uno de direcciones y otro de datos; el bus de direcciones accede a la M. RAM a través de un sistema de decodificación, con el que se abre la vía para extraer o introducir la palabra o byte a través del bus de datos. Precisa de una señal de control que la habilite (enable) y otra señal de control que indique si va a leer un dato a través del bus de datos, o si el dato va a ser escrito.

Para un buen funcionamiento del conjunto procesador-memoria, el primero dispone de dos registros, que son soportes temporales de información:

* Registro dirección de memoria (DM), donde deberá ubicarse la dirección del dato/instrucción a leer o escribir.

* Registro de memoria (RM), donde se almacenará el dato a escribir en la memoria o la información leída de la memoria, dependiendo del caso.

La CU, además de la lógica de control, que está constituida por los circuitos que generan las distintas señales de control, contiene un registro denominado registro de instrucción (IR), dedicado a memorizar temporalmente la instrucción del programa que la unidad de control está interpretando o ejecutando.

Actualmente las memorias RAM se estructuran con circuitos integrados (chips), existiendo 2 tipos básicos de circuitos: RAM estáticos (o SRAM) que son más rápidos pero su grado de integración es menor y RAM dinámicos (o DRAM) que no son tan rápidos pero su densidad de integración es mucho mayor.

Otras características de la memoria principal son:

a) volátil: los datos con los que estamos trabajando se pierden al producirse un corte de alimentación. No perdemos lo que hayamos grabado en disco.

b) de lectura y escritura: podemos grabar datos.

c) escritura destructiva: al escribir un dato en una dirección ya ocupada perdemos lo que teníamos. Sólo conservamos el último dato grabado.

2.2.- Unidad de Control y Unidad Aritmético-Lógica. (CPU)

El objetivo de la unidad de control es monitorizar el funcionamiento de todo el computador dirigiendo la información a las unidades o elementos precisos en el momento adecuado y dando las órdenes oportunas para que se realicen las acciones pertinentes (memorizar, sumar,…). La UC capta las instrucciones, las interpreta, capta los operandos y los lleva a circuitos adecuados de la unidad de procesamiento, envía las señales oportunas a la ALU para completar las operaciones implicadas en la instrucción y los resultados se almacenan en el destino correspondiente.

La UC realiza estas funciones generando señales de control (o microórdenes) que producen determinadas microoperaciones en un orden predeterminado, de forma sincronizada con un temporizador. Además, la UC, tiene unos dispositivos que sirven para almacenar temporalmente información y ayudan a mantener la pista de cualquier programa activo, son los llamados registros. Así, la UC se divide en una serie de componentes:

a) Registro de Instrucción: en él se encuentra la orden que se está ejecutando en ese momento.

b) Decodificador: Se encarga de traducir esa instrucción y le da el visto bueno.

c) Secuenciador o temporizador: Tras el visto bueno del codificador, el secuenciador pasa a buscar el microprograma que satisfaga la instrucción anterior.

d) Reloj: emite impulsos eléctricos cada cierto intervalo de tiempo para sincronizar las distintas órdenes enviadas al secuenciador. El período de esta señal se denomina tiempo de ciclo, y está comprendido aproximadamente entre nanosegundos y varios microsegundos, dependiendo de la CPU. La frecuencia del reloj es un parámetro que en parte determina la velocidad de funcionamiento del ordenador.

e) Registro Contador de Instrucciones: almacena la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.

La Unidad Aritmética-Lógica o Unidad de Tratamiento o Camino de Datos, constituye el conjunto de elementos de una CPU no dedicados al control. Usualmente el término unidad aritmético- lógica o ALU se reserva para los circuitos específicos que realizan este tipo de operaciones. El término unidad de procesamiento, incluye la ALU, acumulador, registros auxiliares (por donde se transmiten o almacenen temporalmente los datos al objeto de operar con ellos), …

El proceso que se lleva a cabo en la ALU es el siguiente:

1.- Los datos con los que operamos se colocan en los registros de operandos.

2.- Reciben las instrucciones, una vez interpretadas, de la UC.

3.- El resultado de la operación se almacena en otro registro llamado acumulador.

4.- Del acumulador los datos pueden bien quedarse almacenados en memoria o salir al exterior por medio de algún periférico.

Desde el punto de vista de los cálculos que realiza la ALU el byte es una unidad de información relativamente pequeña, por lo que se utiliza otra unidad superior denominada palabra. Una palabra está formada por un número entero de bytes (1,2,4,8 o 16) y representa a los datos con los que opera la ALU o a las unidades de información que se transfieren entre la memoria principal y la CPU.

Otro componente de la CPU son los Buses o circuitos, que permiten que los componentes de la CPU intercambien información. Los buses que interconectan las distintas unidades funcionales se componen de tres sub-buses: sub-bus de datos, sub-bus de direcciones y sub-bus de control.

El sub-bus de datos, transporta los datos que se transfieren entre las unidades, y su número de hilos determina la longitud de palabra del ordenador: es decir, si un ordenador contiene un sub-bus de datos de 16 hilos para transmitir simultáneamente datos de 16 bits, se dice que está organizado en palabras de 16 bits. El sub-bus de direcciones transporta la dirección de la posición de memoria o del puesto periférico que interviene en el tráfico de información (de dónde procede el dato o a dónde se dirige). El sub-bus de control contiene hilos que transportan las señales de control y las señales de estado, indicando la dirección de la transferencia de datos, coordinando la temporización de eventos durante la transferencia…

Las formas más sencillas de interconexión de unidades son las mostradas en la fig. 2 (Anexo I). La fig. 2.a) dispone de un bus específico de interconexión CPU- Memoria, todo el tráfico de información entre periféricos y memoria, necesariamente ha de hacerse a través de la CPU. La 2ª forma (fig.2.b)), es más sencilla, y utiliza un único bus. Todas las unidades se conectan a él. Tanto a un caso como otro, se le denomina bus del sistema.

Un problema que se plantea en el funcionamiento global del ordenador, es el de las diferentes velocidades operativas del mismo. La CPU es mucho más rápida que la memoria principal (unas 10 veces), y ésta, a su vez, es muchísimo más rápida que los periféricos (unas 200.000 veces). Con lo cual, como en toda transferencia de información entre dos unidades la unidad más lenta impone la velocidad, el rendimiento global del ordenador sería muy bajo. En toda instrucción máquina al menos hay una transferencia entre CPU y M, por lo que la memoria ralentiza considerablemente la velocidad de la CPU. Para solucionar este problema se han ideado diversas técnicas, las principales son:

– La memoria oculta o caché es una pequeña memoria rápida que se coloca entre la memoria principal y el procesador, de forma tal que éste se comunica directamente con ella y no con la memoria principal. Los microprocesadores modernos suelen incluir en su propio chip parte de la caché; por ejemplo, el microprocesador DEC Alpha 21164 contiene 112 KB de caché.

– Un controlador (o canal o procesador) de entradas / salidas (o de periféricos) es un procesador especializado en controlar las operaciones de transferencia de datos entre los periféricos conectados a él, y entre éstos y la CPU. Cada controlador de entradas/salidas monitoriza la actuación de distintos periféricos y su conexión con el bus del sistema suele denominarse canal de estrada/salida o sencillamente canal.

– Un controlador DMA es un procesador especializado para transferir datos entre memoria y un periférico (y viceversa), mientras la CPU puede realizar otras tareas.

2.3. – Dispositivos periféricos y soportes de información.

Se denominan periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la CPU se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.

El ordenador es una maquina que no tendría sentido si no se comunicase con el exterior, es decir, si careciese de periféricos. Debe disponer de:

– Unidad(es) de entrada, a través de la(s) cual(es) poderle dar los programas que queremos que ejecute, y los datos correspondientes.

– Unidad(es) de salida, con la(s) que el ordenador nos da los resultados de los programas, y

– Memoria masiva auxiliar, que facilite el funcionamiento y utilización del ordenador.

No hay que confundir periférico con soporte de información. Es distinto una unidad de cinta magnética (sistema para grabar/leer), o una impresora, que un carrete de cinta magnética, o un listado de impresora, respectivamente.

Cada periférico suele estar formado por dos partes claramente diferenciadas en cuanto a su misión y funcionamiento: una parte mecánica y otra parte electrónica.

La parte mecánica está formada básicamente por dispositivos electromecánicos (conmutadores manuales, relés, motores, electroimanes, servomecanismos…), controlados por los elementos electrónicos. La velocidad de funcionamiento de un periférico y el tiempo medio transcurrido entre averías suelen venir impuestos por los elementos mecánicos.

La parte electrónica o controlador del periférico se encarga de interpretar las órdenes que le llegan de la CPU para la recepción o transmisión de datos, dependiendo de que se trate de un periférico de salida o entrada, respectivamente, y de generar las señales de control para activación de los elementos electromecánicos del periférico que producen o captan los datos en el soporte de información correspondiente (pantalla, impresora, disco magnético…). En la parte electrónica de los periféricos es común usar elementos optoelectrónicos que actúan como detectores o generadores de la información de entrada o salida, respectivamente. También estos dispositivos se utilizan como detectores de posición de los elementos mecánicos móviles del periférico.

El bus que conecta directamente la CPU con otros elementos se suele denominar bus de la CPU o bus local. Este bus es corto y rápido, y sirve para conectar distintos circuitos integrados que se encuentran en la tarjeta o placa donde se encuentra la CPU (placa o tarjeta base).

La conexión de periféricos y ciertas ampliaciones de memoria, no se efectúa directamente al bus de la CPU, sino que se hace a través del bus del sistema. Las características de los periféricos son muy variadas y distintas a las de CPU y memoria, ello ha hecho conveniente definir otros tipos de buses más orientados a las peculiaridades de los periféricos, que se suelen denominar buses de expansión o buses de entrada/salida.

El bus del sistema o el bus de expansión suele estar integrado en un panel posterior o trasero al que van unidos conectores. Los conectores del panel posterior corresponden a ranuras donde se pueden introducir a presión las distintas tarjetas de circuito impreso que configuran el ordenador.

Algunas de las normalizaciones de buses más conocidos son:

S-100 (IEEE 696): primer bus normalizado para microordenadores.

Multibus (o IEEE 796): es uno de los buses normalizado más utilizado. La versión actualizada y mejorada es la Multibus-II (IEEE 1296).

ISA AT Bus: introducido con los IBM-PC AT (microprocesador 80286).

EISA: sólo puede ser controlado por los microprocesadores 80386, 80486 o superiores y es autoconfigurable.

SCSII: es un estándar universal para la conexión de periféricos. Suele utilizarse para unidades de discos magnéticos y ópticos.

Futurebus + (IEEE 896.1 e IEEE 896.2): para equipos de muy altas prestaciones.

Buses locales: Son buses en los que la mayoría de sus líneas están conectadas directamente a la CPU. Estos buses se han ideado para sistemas PE (486 y Pentium) con el objetivo de aprovechar al máximo la alta velocidad de la CPU para la conexión de periféricos de gran velocidad, como controladores gráficos y controladores de disco duro. Las tres definiciones más conocidas de buses locales son: VL- bus, PCI y Quick- Ring.

2.3.1. – PRINCIPALES DISPOSITIVOS DE ENTRADA.

A) Teclado.- Es el periférico usual de introducción de información en el ordenador. El más popular es el desarrollado por IBM (teclado QWERTY) y que contiene 101 teclas. Según las normas ANSI (American National Standars Institute) los teclados deben contener los siguientes tipos de teclas:

teclado principal, que contiene los caracteres alfabéticos, numéricos y especiales, como en una máquina de escribir convencional con alguno adicional.

teclas de gestión de imagen, permiten realizar operaciones tales como repetir el último carácter seleccionado, desplazar el cursor (símbolo que nos indica el lugar exacto de la pantalla donde vamos a escribir) a izqda., dcha., arriba y abajo, borrar un carácter o parte de una línea…

teclado numérico, correspondiente a las teclas de los caracteres numéricos (cifras decimales), signos de operaciones básicas (+, -,…) y punto decimal.

teclas de funciones (F1,…,F12), cuyas funciones son definibles por el usuario o están predefinidas en un paquete de programas o aplicación dada.

teclas de funciones locales, que controlan funciones propias del terminal de que forme parte el teclado, como forma de cursor a aparecer en la pantalla, tecla de escape, tecla de avance de página…

El diseño del teclado varía desde los compactos de los sistemas de bolsillos, portable y portátil hasta los diseños extendidos y mejorados de los más recientes sistemas de sobremesa y torre. Ultimamente se han desarrollado teclados ergonómicos (algunos de ellos divididos en dos partes, para cada una de las manos), que tratan de adaptarse más a la anatomía permitiendo un movimiento más cómodo de las manos y dedos.

B) El ratón, que es un dispositivo que sirve para introducir información gráfica o seleccionar coordenadas (x, y) de una pantalla; existen 2 tipos: mecánicos dotado de una bola que puede girar libremente, al hacerla girar sobre una superficie moviendo, así, el cursor por la pantalla con mayor precisión que las flechas o teclas de movimiento. Los ópticos contienen un emisor de luz y un detector de la luz reflejada; el ratón se hace mover sobre una base que tiene dibujada una retícula de dimensiones prefijadas. La detección de los movimientos relativos se efectúa midiendo la intensidad de luz reflejada que variará al pasar el fotodetector por encima de las líneas de la retícula. No tienen elementos móviles y tienen mayor precisión que los mecánicos.

En ordenadores portátiles o en situaciones en las que no hay espacio suficiente para desplazar el ratón, suelen utilizarse ratones estacionarios o trackball, el cual se encuentra insertado en el teclado y se hace rodar con el dedo.

El ratón, junto con el teclado, es uno de los dispositivos de entrada más utilizado.

C) Dispositivos de captura directa de datos. Los hay basados en procesos magnéticos, tales como los lectores de bandas magnéticas (de las tarjetas de crédito, por ejemplo), pero la mayoría están basados en una detección óptica. Los dispositivos de captura directa de datos más comúnmente utilizados son:

– los detectores de caracteres magnetizables (talones y cheques bancarios, etiquetas de medicamentos…);

– los detectores de marcas (u OMR) (para la corrección de exámenes de elección múltiple, escrutar quinielas, valorar encuestas…);

– los detectores de barras impresas (usados en grandes almacenes, supermercados y comercio en general, para controlar fácilmente por ordenador las existencias y ventas de una determinada empresa en las cajas registradoras, Fig. 11).

– el escáner de imágenes, que es un sistema para la digitalización de documentos, basado en la exploración (“scanning”) de imágenes mediante procedimientos optoelectrónicos. Un escáner contiene 3 elementos funcionales básicos: un detector (con la electrónica asociada), una fuente de luz y lentes de barrido. Se basa en la propiedad de los rayos láser de reflejarse de un modo u otro según se proyecte sobre una superficie blanca o negra. Hay 4 tipos básicos de escáneres: manuales (de gran difusión por económicos y manejables), de sobremesa, de alimentación automática y de diapositivas.

– los detectores de caracteres impresos y manuscritos: son lectores ópticos de caracteres (OCR) que pueden detectar caracteres (alfabéticos y numéricos), o bien impresos o mecanografiados, o bien manuscritos.

D) Los sensores – conversores analógico / digital (interfaz industrial de entrada), son sistemas digitales que contienen los elementos básicos de los ordenadores y funcionan con determinados programas grabados en su memoria ROM, siendo por tanto de uso específico (p.e. el sistema de control automático del alumbrado de una ciudad, la máquina electrónica de juego tragaperras, sistema de control de un proceso industrial, máquina herramienta de control numérico, sistema de control de tráfico aéreo…).

Además, la mayor parte de las variables físicas de la naturaleza varían con el tiempo y, con sensores o detectores, pueden convertirse en señales eléctricas analógicas. Así, para cada tipo de magnitud hay detectores de: temperatura (termistores, termopares…), de intensidad lumínica (fotodetector,…), de sonido (un micrófono…), de señales fisiológicas (que se utilizan en electrocardiología…).

E) Unidad de reconocimiento de la voz: tratan de identificar los fonemas o palabras dentro de un repertorio o vocabulario muy limitado, es uno de los campos de investigación actual más relevante, relacionado con la Informática, pretendiendo una comunicación directa del hombre con el ordenador, sin necesidad de transcribir la información a través de un teclado u otros soportes intermedios de información. Pero aún no están muy desarrollados.

F) Lápiz óptico: Físicamente (fig. 9) tiene la forma de una pluma o lápiz grueso, de uno de cuyos extremos sale un cable con un conector para unirlo a un monitor de pantalla. En el otro extremo hay una abertura o ventana por la que puede pasar la radiación luminosa de la pantalla. Esta radiación es enfocada internamente o llevada por una fibra óptica a la superficie de un fotodetector. La señal eléctrica generada en él, después de ser amplificada, se transmite a los circuitos de control del monitor. El lápiz contiene un pulsador, transmitiéndose información hacia el monitor sólo en el caso de estar presionando. Es un aparato de las mismas características que el escáner, salvo que éste se puede mover con mayor facilidad. El inconveniente de este periférico frente al anterior es que no permite un barrido multidireccional mientras que el escáner sí.

G) Pantalla sensible al tacto: son pantallas de caracteres que pueden detectar las coordenadas (x, y) de la zona de la propia pantalla donde se aplica una presión (p.e. con un dedo).

H) Palanca manual de control (“joystick”): es un dispositivo de entrada analógica útil en videojuegos y aplicaciones gráficas.

I) Digitalizadores o tabletas gráficas: son superficies planas y delgadas que reflejan la forma de la pantalla y sobre las cuales podemos desplazar un elemento señalador para marcar coordenadas absolutas en la pantalla, que permiten transferir directamente al ordenador, gráficas, figuras, planos, mapas o dibujos en general. Éstos, junto con los escáner, registradores gráficos o “plotter” y pantallas gráficas con ratón, son elementos fundamentales de los sistemas gráficos, que tienen en la actualidad gran importancia en diversas aplicaciones de la Informática.

2.3.2.- PRINCIPALES DISPOSITIVOS DE SALIDA.

Las unidades perforadoras de tarjetas y de cinta de papel (codificadas mediante perforaciones en determinadas posiciones que representan 0 o 1), fueron usadas en los primeros ordenadores, tanto como principales unidades de entrada como de salida, actualmente están en desuso.

A) Monitores de visualización: es la forma más cómoda y usual de captar salidas de un ordenador (adquirir información). La imagen de pantalla se forma en la retina del usuario por la yuxtaposición de multitud de puntos de imagen o unidades de visualización (en inglés “pixels”). La imagen se forma físicamente en la pantalla del monitor por la activación selectiva de multitud de elementos denominados puntos de pantalla o subpuntos, que en las pantallas en que la iluminación se produce por excitación de pigmentos de fósforo se denominan luminóforos.

Hay dos tipos de monitores: los monitores de caracteres actúan en modo texto (el monitor dibuja manejando bytes o caracteres); los monitores gráficos, en los que el usuario tiene acceso al punto de imagen pudiendo representar en ellas dibujos (modo gráfico.- que supone manejar puntos luminosos o bits), además de caracteres (modo texto).

La resolución que es el número de puntos de imagen (“pixels”) en pantalla; es uno de los parámetros más importantes para determinar la calidad de visualización de imágenes. Otros parámetros importantes son: El tamaño de pantalla (el usual es de 12 pulgadas y puede oscilar entre 9 y 20); la relación de aspecto (es la que existe entre el ancho y el alto de la pantalla, usualmente es 4/3); el número de celdas o caracteres (lo usual es una representación de 25 filas por 80 columnas, algunas permiten comprimir los caracteres de tal forma que en una línea se pueden visualizar un nº mayor de caracteres, p.e., hay monitores que permiten visualizar 24*81 caracteres en modo normal y 24 * 135 en modo comprimido); el brillo (es la luminancia máxima obtenible en un punto de imagen en footlamberts o en candelas/m2); la relación de contraste (indica el brillo que es posible conseguir en las partes más claras de la imagen con respecto al de las más oscuras); el ángulo de visión (inferior en las pantallas planas que en las pantallas curvas (CRT)); el tamaño del pixel (a menor tamaño, mejor definición de la imagen). Un monitor de visualización está constituido por 2 elementos básicos: un controlador de vídeo (o controlador gráfico) por el cual existen monitores monocromos (gama del gris), monitores de color (color) y atributos especiales para codificar si el punto de imagen está intermitente o no, está sobreiluminado o no; y una pantalla de vídeo, que pueden ser:

Pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT): cuya imagen se forma al incidir un haz de electrones sobre la superficie interna de la pantalla que está recubierta de un material fosforescente. En las pantallas de color se generan 3 haces controlables de forma independiente. Cada haz corresponde a un color básico (rojo, verde o azul) y debe incidir exactamente en los puntos de fósforo de su correspondiente color. En los monitores trinitrón (desarrollados por Sony) hay un único haz de electrones que, con ayuda de una máscara con ranuras, incide selectivamente en los luminóforos de cada color.

Pantallas planas (FPE), que presentan como ventajas los inconvenientes de las anteriores: son ligeras, delgadas (poco volumen), y tienen bajo consumo de potencia. Están compuestas, generalmente por 2 cristales planos unidos a presión, entre ellos se ubican los elementos activos. Las más utilizadas en la actualidad son del tipo de cristal líquido o LCD, (Fig. 8) que usan una substancia oleaginosa que contiene moléculas (cianobifenil) en forma de pequeñas varillas o barras que reaccionan ante los campos eléctricos, reorientándose a lo largo de las líneas de campo; así pueden transmitir o bloquear punto a punto el paso de la luz para formar la imagen.

B) Impresoras. Son periféricos que escriben la información de salida sobre papel. Existen diversos criterios para clasificar las impresoras:

Fundamento del sistema de impresión.

* De impacto.- las tradicionales se basaban en el fundamento de las máquinas de escribir (presionando un cabezal sobre una cinta entintada). En las más utilizadas en la actualidad, cada carácter se crea por el disparo de forma electromagnética, de ciertas agujas metálicas que conforman el carácter con un conjunto de puntos. Son muy ruidosas y tradicionalmente han sido las más utilizadas. Entre ellas se encuentran las impresoras de rueda, bola, margarita, cilindro, cadena, banda de acero y matriciales o de agujas.

* Sin impacto.- que utilizan otros principios físicos diferentes a los mecánicos, para transferir las imágenes al papel. Destacan: las térmicas, las de inyección de tinta y las impresoras láser.

Forma de imprimir los caracteres.

* Impresoras de caracteres.- Realizan la impresión por medio de un cabezal que va escribiendo la línea carácter a carácter (en un instante dado sólo se escribe un carácter). El cabezal, para conseguir más velocidad, se moverá de izquierda a derecha y de derecha a izquierda, sucesivamente (impresoras bidireccionales). Dependiendo de los cabezales, existen impresoras de rueda, de bola, de margarita, de matriz de puntos, térmicas y de inyección de tinta.

* Impresoras de líneas.- Éstas imprimen simultáneamente todos o varios caracteres correspondientes a una línea de impresión. Su velocidad de impresión es muy superior a las anteriores, (entre 300 y 2000 líneas por minuto, unos 400 a 2700 caracteres por segundo). Las más importantes son impresoras térmicas, de tambor, de barra, de banda o fleje y de transferencia electrostática.

* Impresoras de páginas.- A este grupo pertenecen las impresoras láser, siendo su funcionamiento muy similar al de las máquinas fotocopiadoras.

Los tipos de impresoras más importantes son:

– banda de acero (fig. 4) (en éstas los caracteres se encuentran modelados en negativo sobre la superficie externa de una banda o fleje de acero cerrado y que gira a gran velocidad frente a la cinta entintada, las velocidades de impresión suelen estar entre 600 y 2400 líneas por minuto)

– matriciales o de agujas, que son las más utilizadas por su bajo precio, y en las que los caracteres se forman por medio de una matriz de puntos, que son creados por agujas o alambres de impresión disparados por electroimanes. En algunos modelos presentan la ventaja de poder realizar escritos en calidad alta, media y de borrador, obteniéndose mayores velocidades de impresión cuando la calidad es peor. La velocidad oscila entre 180 y 500 caracteres por segundo.

las térmicas: Imprimen el carácter mediante unas agujas calientes (electrodos) que decoloran el papel allí donde hacen contacto, para lo que precisan un papel especial termosensible que se ennegrece al aplicar el calor (unos 200º C). Su velocidad oscila entre unos 100 y 2000 caracteres por segundo. Las lentas son impresoras de caracteres (las líneas se imprimen con un cabezal móvil). Las rápidas son de líneas, y contienen tantas cabezas como caracteres a imprimir por línea, operando todas ellas en paralelo. La resolución y la velocidad es inferior a otros tipos de impresoras y el papel utilizado es más caro y sensible al sol al calor y a los productos químicos.

las de inyección de tinta (fig. 5): El fundamento físico es similar al de las pantallas de vídeo, pero en lugar de emitir un haz de electrones se emite un chorro de gotas de tinta ionizadas, que es su recorrido es desviado por unos electrodos que se encuentran a un potencial fijo. Al ser desviados, las gotas de tinta forman el carácter. Escriben con una calidad intermedia entre las matriciales y las láser, pudiendo producir imágenes en color utilizando tintas de colores. Suelen ser bidireccionales y su velocidad oscila normalmente entre 60 y 660 c/s.

las impresoras láser (fig. 6): tienen gran importancia por su elevada velocidad, calidad de impresión y utilizar, la mayoría de ellas, papel normal (ni continuo, ni térmico). Cargan el papel de electricidad estática mediante un haz láser, y dejan caer sobre él una tinta especial llamada tóner (polvo de carbón), que se adhiere al papel. No escriben “renglón a renglón” (en la dirección “x”), sino a lo largo del papel (dirección “y”). Su calidad y velocidad de impresión son superiores a las anteriores, y suele darse en páginas por minuto (en la actualidad los límites se encuentran aproximadamente entre 4 y 350 ppm). Tienen el inconveniente de tener un alto precio, el precio del cartucho también es alto.

La tabla de la fig. 7 del Anexo I, constituye un resumen de las impresoras más importantes indicando los límites aproximados de velocidad y densidad de puntos de las mismas.

C) Registrador gráfico (“plotter”). – Es un dispositivo que realiza dibujos sobre papel. Su funcionamiento se controla desde programa. Se fundamentan en el desplazamiento relativo de un cabezal con el elemento de escritura (plumillas), con respecto al papel. Actualmente, su importancia ha decrecido, (ya que pueden ser sustituidos por impresoras gráficas), y se reservan para dibujos de gran tamaño (A0, p.e.) o que requieran diversidad de colores.

D) Unidades para salida de señales analógicas.- son ordenadores, fundamentalmente de uso específico, cuya salida debe actuar sobre un sistema o dispositivo controlable por una señal eléctrica analógica, ésta actúa sobre un efector, generándose así una señal no eléctrica: abrir una válvula de una conducción de fluido (electroválvulas), el cierre de un contacto eléctrico (relé) de gran potencia (para encender un horno, p.e.)… La conversión eléctrica de un dato binario en una señal analógica se efectúa en un circuito denominado conversor digital/analógico.

E) Unidades sintetizadoras de la voz.- son dispositivos que dan los resultados de un programa emitiendo sonidos (fonemas o palabras) similares al habla humana. Suelen incluir un microprocesador, memoria ROM con programas y datos, conversor E/A, amplificador de audiofrecuencia y altavoz.

F) Visualizadores (“displays”). – son pequeñas unidades de salida que permiten al usuario leer información producida por el ordenador. Los caracteres se forman partiendo de estructuras o módulos, cada uno de los cuales sirve para visualizar un carácter (numérico, alfabético o especial). Es el elemento de salida típico de las calculadoras de bolsillo.

G) Altavoces y tarjetas de sonido.- la tarjeta de sonido es un tipo de tarjeta de expansión. La mayoría de los sistemas de IBM sólo tienen un altavoz para la salida de sonido. Esto es suficiente para los simples tonos, pero no para sonidos complejos, como la música o el habla. Es más, la CPU del ordenador debe controlar constantemente el altavoz para obtener cualquier cosa que no sea un único tono. Algunas tarjetas permiten al ordenador sintetizar música con varias voces. También realizan gran parte del trabajo necesario para generar estos sonidos, permitiendo a la CPU realizar otras actividades. Otras tarjetas van todavía más lejos al añadir canales digitales. Pueden reproducir de forma muy realista casi cualquier sonido, incluyendo el habla. Algunas tarjetas admiten salida estéreo y otras también añaden un puerto MIDI. Otras permiten controlar las unidades CD-ROM. Las diferentes señales están todas mezcladas y amplificadas por los circuitos de la tarjeta antes de que salgan por los altavoces.

2.3.3. – DISPOSITIVOS DE MEMORIA MASIVA AUXILIAR.

Son dispositivos basados en principios magnéticos y ópticos, que son periféricos que actúan como prolongación o ayuda de la memoria principal y sirven para almacenar la información permanente y poder recuperarla de forma automática y eficiente. Los principales soportes que se utilizan como memoria masiva auxiliar, son:

A) de tipo magnético: pueden ser de acceso secuencial cuando para acceder a un bloque concreto es necesario que la cabeza lectora vaya recorriendo (o leyendo) uno a uno los bloques que hay desde su posición inicial a la final; o de acceso directo, cuando la cabeza lectora puede posicionarse directamente en un registro dado (indicando su posición física).

A.1) Discos magnéticos.- se fundamentan en la grabación magnética de la información en las superficies de un plato o disco circular recubierto de una capa de óxido magnetizable. La información se graba en circunferencias concéntricas, cada una de las cuales se llama pista, a su vez estas pistas se dividen en arcos iguales denominados sectores. Un sector es la unidad mínima que el ordenador es capaz de leer cada vez que accede a disco. El plato o disco puede ser de plástico flexible (floppy disk o diskettes) o puede ser rígido (discos duros). Las unidades de disco duro de hoy día son de tecnología Winchester, que consisten en paquetes de discos (de 2 a 20 platos) herméticamente cerrados para reducir los efectos de la suciedad ambiental, que giran a velocidades comprendidas entre 3600 y 5400 r.p.m. Los disquetes son pequeños discos cuyos platos son flexibles, recubiertos de óxido férrico, de velocidad de rotación de funcionamiento entre 300 a 600 r.p.m.

Los discos magnéticos son reutilizables y de acceso directo.

A.2.) Cintas magnéticas.- Se basan en los mismos principios de lectura/grabación que las cintas que utilizan los magnetófonos y casetes convencionales. El soporte de grabación consiste en un plástico (poliester) muy flexible, recubierto de un óxido magnetizable. Son baratas, reutilizables y de gran capacidad, pero son muy lentas (acceso secuencial), y en la actualidad, su misión es obtener copias de seguridad (back-up) de la información contenida en discos completos, o almacenar información obsoleta (archivos históricos).

B) de tipo óptico: Son dispositivos para almacenamiento masivo de información (tienen una capacidad de entre 650 MB y 1 GB, frente a los 1.44 MB de los disquetes), cuya lectura se efectúa por medios ópticos (rayo láser). En la mayoría, la información, es grabada en espiral. Los soportes de grabación (los discos) son intercambiables, y son de 5 a 10 veces más lentos que los disquetes. En la actualidad los hay ya reutilizables. Los tipos más relevantes de discos ópticos son: CD-ROM (Compact Disc, Read Only Memory) en ellos la información es almacenada en forma de hoyos y valles, grabados mecánicamente sobre un sustrato de aluminio brillante, y es leída midiendo la luz de un haz láser reflejada sobre la superficie de hoyos y valles; WORM (Write Once, Read Many Times) que son unidades de discos ópticos similares a los lectores de CD-ROM, pero que contienen un láser de mayor potencia. El propio usuario puede grabar (una sola vez) el disco; WMRA (Write Many, Read Always) o discos magnetoópticos, que son unidades con las que es posible leer y escribir. La información en vez de estar grabada físicamente de forma mecánica (por medio de un relieve de hoyos y valles), está grabada magnéticamente.

Por último citar como unidades mixtas, los terminales interactivos teclado/pantalla (consola) que es el medio más habitual de “diálogo” entre el ordenador y el usuario, los terminales teletipo, y las pantallas sensibles al tacto. Un periférico que permite al ordenador comunicarse con otro ordenador situado a larga distancia a través de la línea telefónica, es el módem, para ello convierte señales digitales en analógicas y viceversa.

3. – PROGRAMAS. TIPOS Y CARACTERÍSTICAS.

Software o soporte lógico de un ordenador es el conjunto de programas asociados a dicho ordenador. Dentro de estos programas se incluyen los suministrados por el constructor, los adquiridos en empresas especializadas en venta de programas, y los redactados por los propios usuarios del ordenador.

Los programas o componentes que forman el software de un ordenador pueden agruparse en 3 apartados.

I.- Software de control o sistema de explotación

II.- Software de tratamiento

III.- Software de diagnóstico y generación y mantenimiento del sistema operativo

La tabla de la fig. 10 sumariza los componentes del software de un ordenador.

3.1- Concepto de programa y lenguajes de programación.

Un PROGRAMA o aplicación es un conjunto ordenado de instrucciones, escritas a través de un lenguaje de programación, que permiten ejecutar un proceso automáticamente en el ordenador. Cuando ejecutamos el programa y éste comienza a ser un ente dinámico, no estático, pasa llamarse proceso.

Las instrucciones de un programa no se colocan al azar, sino que siguen un orden determinado por el método utilizado para resolver nuestro problema. A este método se le llama algoritmo.

Las instrucciones se forman con elementos o símbolos tomados de un determinado repertorio, y se construyen siguiendo unas reglas precisas. Todo lo relativo a los símbolos y reglas para construir o redactar con ellos un programa se denomina LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN. Éste constituye el vínculo de unión entre el hombre y la máquina, en la medida en que es capaz de comunicar a ambos.

En función del grado de cercanía que tengan los lenguajes de programación al lenguaje humano, podemos distinguir (de menor a mayor cercanía):

a) Lenguaje máquina.

b) Lenguajes simbólicos, que pueden ser:

b.1.) lenguajes de bajo nivel o ensambladores.

b.2.) lenguajes de alto nivel (los más próximos al lenguaje humano).

Para la ejecución de un programa, éste se carga en memoria, y de allí son captadas las instrucciones que indican al ordenador las tareas a realizar. Las instrucciones de un lenguaje de programación se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Instrucciones de transferencias de datos: intercambios entre periféricos y memoria interna.

Instrucciones de tratamiento: se incluyen las instrucciones aritméticas y lógicas.

Instrucciones de flujo de control o de bifurcación y saltos: permiten alterar el orden de ejecución o interrumpir la ejecución de un programa y saltar a ejecutar otro, cuando finaliza este último continúa ejecutándose el programa inicial en el punto donde se interrumpió.

Otras instrucciones: tal como detener el funcionamiento del ordenador a la espera de una acción del operador.

Todo programa está compuesto de una combinación de instrucciones de este tipo, según las necesidades del ordenador para obtener los resultados deseados por el usuario.

La elaboración de un programa suele constar de las fases siguientes:

1.- DISEÑO (decir lo que el programa debe hacer).

1.a.- Análisis previo: estudio coste-beneficio de lo que se va a obtener con el programa.

1.b.- Análisis funcional: cómo debe funcionar el programa.

1.c.- Análisis orgánico: Especificar al programador lo que se desea.

2.- EXPLOTACIÓN (traducción de la fase 1 a lenguaje de programación).

2.a.- Codificación del programa.

2.b.- Pruebas del programa.

2.c.- Puesta en marcha del programa.

2.d.- Mantenimiento.

3.- DOCUMENTACIÓN (recogida de información general por el propio programa).

Los circuitos electrónicos de la UC del ordenador sólo pueden interpretar instrucciones de lenguaje máquina. Las instrucciones de este lenguaje están formadas por bits (ceros o unos) agrupados usualmente en al menos 2 bloques o campos. Uno de ellos es el código de operación que indica la operación correspondiente a la instrucción; y el otro es el campo de dirección que especifica el lugar (posición) de la memoria donde se encuentra el dato con el que hay que operar, o que hay que transferir, o dónde hay que llevarlo. El lenguaje máquina tiene serios inconvenientes, como son: depende del modelo de ordenador; el repertorio de instrucciones es muy reducido, conteniendo sólo operaciones muy elementales; es muy laborioso programar con él por tener que utilizar sólo números… Para salvar ésto se ideó el lenguaje de bajo nivel o lenguaje ensamblador pero representa cada instrucción de máquina por un código nemotécnico de unas pocas letras, con lo cual resultan poco cómodos para realizar programas, ya que para la obtención de resultados simples deberíamos indicar al ordenador todo el conjunto de pequeñas operaciones que tiene que realizar.

Para resolver los problemas anteriores surgieron los lenguajes de alto nivel (más próximos al lenguaje hablado), que utilizan instrucciones normalizadas que garantizan la realización de las mismas operaciones en cualquier ordenador, precisando para ello la simple traducción del comando al lenguaje máquina del ordenador. Es decir, el constructor del ordenador suministra con éste unos programas traductores, que al ejecutarlos en el propio ordenador e introduciendo como datos programas escritos en lenguaje de alto nivel, generan como resultado programas en lenguaje máquina. Una vez traducido un programa escrito puede ser ejecutada directamente por la unidad de control. Existen 2 tipos de traductores: compiladores e intérpretes.

Los compiladores traducen el programa inicial (programa fuente) considerándolo globalmente, y generan un programa (programa objeto) como resultado de la traducción. Los traductores intérpretes, en lugar de considerar al programa a traducir como un todo, van analizando, traduciendo y ejecutando una a una las instrucciones del programa fuente; no se analiza una instrucción hasta que la anterior se haya ejecutado. Los intérpretes no generan programa objeto.

Son lenguajes de alto nivel: BASIC (fácil de aprender y confeccionado como una herramienta de uso general y para el aprendizaje de la informática), visual BASIC (es un desarrollo avanzado del lenguaje BASIC para Windows), FORTRAN (FORmula TRANslator, apropiado para realizar cálculos matemáticos en un tiempo muy corto, pero poco eficaz para gestionar ficheros), COBOL (muy estructurado y fácil de aprender, es un lenguaje destinado a la gestión de ficheros y a la obtención de información a través de periféricos lentos (impresora)), Pascal (de uso general, el programa se precisa secuencialmente, sin dar la posibilidad de saltarse instrucciones ni volver atrás), Logo, C (lenguaje de programación estructurada, que produce programas transportables a cualquier otra máquina y fue utilizado para la creación del sistema operativo UNIX), Ada (está dirigido al desarrollo de aplicaciones en tiempo real), Prolog y Lisp (ambos son lenguajes usados en aplicaciones de Inteligencia Artificial)…

3.2.- Software de control o sistema de explotación.

Dentro de este apartado se incluye el sistema operativo.

– SISTEMA OPERATIVO.

Es un programa (o conjunto de programas) de control que tiene por objeto facilitar el uso del ordenador y conseguir que éste se utilice eficientemente.

– Es un programa de control, ya que se encarga de gestionar y asignar los recursos hardware (la CPU, la memoria principal, discos y otros periféricos), a los usuarios. Controla los programas de los usuarios y los dispositivos de E/S. Contabiliza el uso de los recursos realizado por los distintos usuarios.

Facilita el uso del ordenador, ya que contiene módulos de gestión de entradas/salidas que evitan a los usuarios tener que incluir esas instrucciones cada vez que hacen una operación de entrada o salida. El sistema operativo hace uso de un intérprete de órdenes o concha, que proporciona una interfaz con el usuario de líneas de órdenes o gráfica (iconos o menús), para realizar la comunicación ordenador/usuario.

– Hace que el ordenador se utilice eficientemente. Por ejemplo, en los sistemas de multiprogramación, el sistema operativo hace que cuando un programa esté dedicado a una operación de entrada o salida, la CPU pase a atender a otro programa. Gestiona y mantiene los archivos en dispositivos de memoria masiva. Apoya a otros programas.

Los programas del sistema operativo se utilizan con un lenguaje específico denominado lenguaje de control. A las instrucciones del lenguaje de control se las suele denominar órdenes (“comands“).

Los Programas de Control son de 3 clases:

Programas monitores o de gestión del sistema: Facilitan la comunicación ordenador-usuario. Localizan, inician y cargan los diferentes programas del sistema.

Programas de control de entrada y salida de datos: Gestionan el intercambio de información entre periféricos y CPU, abriendo y cerrando canales.

Programas de control de tareas: coordinan las funciones del sistema operativo, enlazan programas, los pasan a la memoria central y controlan la asignación de las tareas a la CPU, si existe tiempo compartido o multiproceso (sistemas en los que se pueden ejecutar varios programas en distintas CPUs) o multiprogramación (ejecución de varios programas concurrentemente, en una sola CPU).

Por lo general cada constructor de ordenadores tiene sus propios sistemas operativos; no obstante en la actualidad se tiende a una normalización de los mismos, existiendo sistemas universales como el UNIX, NT-Window, OS/2 y MS-DOS.

3.3.- Software de tratamiento.

Incluye dos tipos de programas: software de programación o de servicio y software de aplicación.

El software de programación o de servicio contiene programas o utilidades que facilitan la construcción de las aplicaciones de los usuarios, sea cual sea la naturaleza de éstas. Incluye herramientas tales como intérpretes, compiladores, editores de textos, módulos de gestión de archivos y cargadores/montadores.

El software de aplicación, incluye programas relacionados con aplicaciones específicas, como pueden ser: procesadores de textos, bibliotecas de programas para problemas estadísticos (BMDP, STAT-PACK, SPSS…) o de cálculo numérico (IMSL, MATH-PACK…), sistemas de administración de archivos, sistemas de administración de bases de datos,… También se incluyen los propios programas realizados por los usuarios. Entre los programas de aplicación es común incluir, entre otros, los siguientes:

* Procesador de textos: Permite componer textos (informes, periódicos, monografías, libros y documentos en general) con una gran calidad de presentación (similar a los escritos hechos a imprenta). Su uso implica 2 procesos diferenciados: la edición, la información tecleada se almacena y, en su caso, se corrige y modifica (subrayar, negrita…). Una vez memorizado y corregido el texto, el usuario puede elegir cómodamente las variables que definen o modifican el formato del texto (amplitud de márgenes, alineación o no de las palabras a la derecha…) para crear el archivo de impresión definitivo. Una vez impreso el texto, puede volverse a reproducir el número de veces que se desee o puede corregirse con el editor y mejorarse el formato, sin necesidad de volver a teclear el texto original. Es usual que los procesadores de texto contengan diccionarios para poder consultar la grafía o sinónimos de palabras.

* Hoja electrónica u hoja de cálculo.- Es una aplicación que permite definir una retícula con filas y columnas. Cada intersección de fila y columna representa un campo (numérico o no) que se denomina celda. Con el lenguaje de utilización de la hoja electrónica puede hacerse que una celda sea función de otra u otras. Al ir introduciendo cada celda, o modificar cualquier valor, se puede hacer que automáticamente se recalculen todos los valores que dependan de los nuevos datos. Una vez definida una hoja electrónica e introducidos sus datos, puede salvarse en disco para utilizarla con posterioridad (leerla, modificarla, listarla…). Las hojas de cálculo suelen incluir utilidades para la realización de gráficos de oficina, que son formas estándares de representaciones gráficas (lineales, de barras, circulares o de tarta…) de estados numéricos, cuadros, estadísticas…

* Sistema de administración de archivos y de bases de datos.-

Un archivo o fichero es un conjunto de información del mismo tipo (homogénea) referente a unos determinados elementos, tratada como una unidad de almacenamiento y organizada de forma estructurada para la recuperación de un elemento o dato individual. Los registros son las estructuras o unidades que forman el archivo y que contienen la información correspondiente a cada elemento individual.

El registro corresponde a la información contenida en una ficha de un archivo o archivo manual. Un ejemplo de registro puede ser la ficha de un cliente, en la que figuran su nombre, domicilio, NIF…

Campo o artículo o ítem, es una variable o dato que forma parte de un registro y representa una información unitaria o independiente (en el ejemplo anterior, un campo sería el nombre, otro sería el domicilio…)

Una Base de datos es una colección de archivos que están interconectados lógicamente.

Se denomina sistema de gestión de la base de datos (o DBMS) al conjunto de software destinado a la creación, control y manipulación de la información de una base de datos. Así, este sistema debe permitir:

Acceso a los datos desde algún leguaje de alto nivel.

Interrogación (o recuperación de la información) directa en modo conversacional.

Definición del esquema de la base de datos y de los distintos subesquemas.

Organización física de la base de datos y recuperación tras fallos del sistema.

El DBMS actúa como intermediario entre los programas de aplicación y el sistema operativo. Esto permite que los programas sean independientes de la estructura física de los datos.

* Agenda electrónica.- Posibilita que los usuarios del ordenador introduzcan en ella y consulten información sobre sus ocupaciones o compromisos (horas de reuniones, entrevistas…), todo ello dentro de una estructura o tabla días/horas.

* Correo electrónico.- Tiene por objeto transmitir información (mensajes cortos) entre los distintos usuarios de una ordenador o red de ordenadores, garantizando que el control de los contenidos de los mensajes recaiga sobre la persona receptora.

* Gráficas y dibujos.- Se incluyen paquetes de rutinas gráficas (p.e. GKS), programas de dibujo, programas de diseño con ayuda de ordenador (CAD) y paquetes o programas de representación de datos (gráficas comerciales o científicas). Con un paquete del último tipo citado, se pueden generar, por ejemplo, ilustraciones, gráficos o diagramas para ser visualizados en pantalla, registradores gráficos o por impresora. Entre las figuras estándares están las representaciones (x, y), los histogramas y los diagramas de sectores.

* Comunicaciones.- esta aplicación suele incluir protocolos de comunicaciones así como programas emuladores de terminales, y permite al ordenador conectarse en una red como terminal de otra, transferir archivos…

(este punto se verá más adelante).

* Existe una gran cantidad de paquetes comerciales para las aplicaciones citadas. Un paquete integrado de ofimática u oficina electrónica es un programa que consta de varios módulos que resuelven normalmente las aplicaciones más usuales: Procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos,… Como ventajas frente a los programas específicos, podemos citar:

– Los distintos módulos están hechos bajo una misma filosofía de uso, lo que significa el manejo y aprendizaje de cada programa.

– Permiten mayor facilidad en el intercambio de información entre los diferentes módulos del paquete.

– Requiere menor capacidad en el ordenador que disponer de una aplicación para cada problema.

Por contra las diferentes aplicaciones suelen tener menores prestaciones que el software dedicado.

La aparición del sistema operativo Microsoft Windows ha forzado la obsolescencia de este tipo de software, ya que en el entorno Windows todas las aplicaciones están plenamente integradas con formatos estandarizados, se dispone de capacidad de intercambio de información entre aplicaciones y es de una gran facilidad de uso. Ello ha provocado en el mercado de software de aplicación cambios importantes:

– La necesidad de hacer compatibles los nuevos programas al nuevo entorno Windows.

– Mayores posibilidades de intercambio de información entre estos programas compatibles con el nuevo entorno.

– Mayor facilidad de uso: Windows ejecuta órdenes mediante la selección de iconos con el puntero del ratón. Se trata, en definitiva, de un entorno cuyo uso es más intuitivo.

– La ejecución de órdenes en los distintos programas está estandarizada.

– La versión Windows 95 aporta además, una instalación de nuevas aplicaciones muy sencilla, incorporando un módulo de comunicaciones que le conecta a la red INTERNET automáticamente. El intercambio de información entre programas está garantizado. Además elimina la distribución básica entre software de base y de aplicación, al guardar todo integrado bajo el sistema Windows.

La última versión Windows 98 aporta:

– Mayor capacidad para tratamiento de sonido, imágenes y comunicaciones.

– Mayor facilidad de uso, al estandarizar aún más las órdenes de los programas compatibles y de las propias aplicaciones Windows.

* Otras aplicaciones.- Existen multitud de programas específicos para resolver prácticamente cualquier necesidad susceptible de ser automatizada en cualquier ámbito. Su gran flexibilidad y capacidad han extendido la utilización de los ordenadores y con ellos del software que precisan a todos los ámbitos de nuestra vida. Hay pocas actividades humanas en que no tenga incidencia, de forma directa o indirecta, la Informática.

En el terreno científico y de ingeniería está muy extendido el uso de software específico para la realización de cálculos matemáticos iterativos y de alta precisión, para el análisis de datos experimentales utilizando técnicas estadísticas, para la simulación y evaluación de procesos o modelos (por ejemplo, los utilizados en predicción meteorológica). El ordenador también sirve como herramienta para facilitar diseños de ingeniería (diseño gráfico -CAD, CAM, CADMAT-), para efectuar sondeos con el fin de estimar las reservas de un yacimiento en minería…

En la industria se utiliza software específico o diseñado a medida para el control de procesos, para la instrumentación de sistemas, para máquinas herramientas con control numérico, para el control de tráfico, de iluminación, de polución industrial…

En las Ciencias sociales y del comportamiento, algunas aplicaciones de los ordenadores son: Aplicaciones en educación (evaluación automática de exámenes), Juegos con ordenador (videojuegos, ajedrez…), Ascensores, Análisis de datos (evaluación de encuestas…), Sistemas de teletexto (a través de la televisión convencional), Sistemas de videotexto (como los anteriores, pero además el usuario puede interactuar directamente con el ordenador central).

3.4.- Software de diagnóstico y generación y mantenimiento del sistema operativo.

Está formado por programas a utilizar por las personas responsables del mantenimiento y puesta al día del hardware y del software del ordenador. Con estos programas se pretende, por ejemplo, localizar automáticamente las averías de un determinado dispositivo o circuito, o las causas de un mal funcionamiento de algún módulo del sistema operativo.

En este grupo de programas del software de un ordenador también incluimos los de generación y mantenimiento del sistema operativo.

3.5.- Comunicaciones.

Un sistema de comunicación es un sistema que trasmite información (mensaje) desde un lugar (emisor o transmisor) a otro lugar (receptor). Es decir, es un flujo de información entre dos sistemas o un sistema y un periférico.

Hay muchos sistemas de comunicación, tales como el teléfono, que son bidireccionales, pero los que nos interesan son sistemas en los que tanto el emisor como el receptor, son equipos electrónicos. La señal trasmitida puede ser de naturaleza eléctrica (tensión o corriente), electromagnética u óptica. Para que pueda existir la comunicación es necesaria la existencia de un elemento de conexión para transmitir la información (hilos o cables eléctricos para transmisión de señales de tensión o corriente; guías de ondas o la atmósfera y espacio libre para la transmisión de señales electromagnéticas y las fibras ópticas para transmisión de señales electromagnéticas en el rango o proximidades del espectro visible) y un código que sea reconocido tanto por el que transmite como por el que recibe la información. Por lo general la transferencia se realiza en código binario.

El conjunto de convenciones que rigen el dispositivo de comunicaciones entre el emisor y el receptor se denomina protocolo de comunicaciones. Un protocolo es, no sólo el código que “codifica” la información, sino también el grupo de normas que permite y asegura la eficacia e integridad de los datos durante el proceso de transmisión.

Una red permite a varios ordenadores comunicarse entre sí. Los dos tipo más comunes son las redes LAN (red de área local) y WAN (red de área ancha), que difieren básicamente en el alcance de operación de la red. La red LAN suele operar desde dentro uniendo un número de ordenadores mediante cables, y puede incluir arquitectura en anillo, en bus o en estrella. La red WAN tiene mucho más alcance, que puede ser incluso mundial, y se conecta utilizando módems y líneas telefónicas.

Con la 4ª generación de ordenadores se ha producido un desarrollo espectacular de la transmisión de datos. Las telecomunicaciones han multiplicado las posibilidades de los servicios informáticos tradicionales, tanto científicos como de gestión, al poner al alcance inmediato de los usuarios, a través de terminales remotos, la capacidad de cálculo y almacenamiento del ordenador.

Cuando se habla de Transmisión de Datos a distancia gracias a un soporte informático, nos referimos a la Teleinformática, la cual es una rama interdisciplinar entre la Informática y las telecomunicaciones que versa sobre la utilización de equipos informáticos interconectados a través de líneas o redes de telecomunicación. Dentro de la Teleinformática, según el destino que se le dé a los datos, cabe distinguir:

– Teleproceso o teletratamiento que es el tratamiento o proceso de la información a distancia. Ello implica: la transmisión de datos desde un terminal al ordenador central, el procesado de los datos en el ordenador central, y la retransmisión de datos al terminal de origen.

– Telemática o teleinformación no existe proceso de datos alguno, sólo hay circulación de datos. Por tanto el proceso es el siguiente: la petición de datos desde un terminal conectado a la unidad central que contiene los datos, la recepción de la petición en la unidad central y preparación de la información a enviar y la retransmisión de los datos a la unidad demandante.

Hay paquetes de software de comunicaciones que permiten a cualquier ordenador personal “conversar” con otros ordenadores pudiendo así intercambiar información, una de las redes más conocida en este sentido es INTERNET. Hoy día, hay muchas empresas y organismos que ofrecen la información residente en sus bases de datos. Para acceder a esa información, desde la oficina o desde el hogar, hay que realizar una suscripción y abonar una cuota de entrada. Posteriormente se paga en función del uso que se haga de la información. También hay que pagar por el uso de las líneas que empleemos para la comunicación (normalmente la de teléfonos).

Para realizar esta comunicación, el requisito previo es que el sistema operativo de nuestro ordenador esté capacitado para ello, y que contemos con el hardware necesario (tarjeta de comunicaciones, módem) y el software preciso.

A pesar de la juventud de Internet, ya ha sido considerada como la “gran revolución del siglo XX”. Algunas de sus herramientas más usadas son:

Web: permite acceder a más de 30 millones de pantallas de información, cada una de las cuales tiene una determinada dirección.

E-mail (correo electrónico): permite enviar mensajes y ficheros a cualquier interlocutor que esté conectado a Internet. Cada usuario debe tener una dirección de correo electrónico única.

News: se trata de más de 12.000 foros de discusión en los que se escribe de cualquier tema: política, animaciones, cocina, razas, técnica…

FTP: permite al usuario acceder a ordenadores remotos. En la práctica, aparece una pantalla parecida a lo que puede ser el “administrador de ficheros” de Windows, que trata al ordenador remoto como si fuese un disco duro más de nuestro sistema.

IRC: conversación interactiva bidireccional en tiempo real con cualquier usuario del mundo por medio del teclado.

Internet Phone: igual que la anterior, pero hablada; para esto hace falta una tarjeta de sonido y un micrófono.

El software actual de comunicaciones no se limita a traducir la información a intercambiar; además suelen ofrecer otra serie de servicios como: llamada automática, directorios de teléfonos, rellamada y respuesta automática.

Las modernas redes de transporte de datos de ámbito público (ISDN/RDSI y ATM, por ejemplo) están proyectadas para ofrecer servicios adicionales a los de transmisión de datos. Así, el sistema ISDN/RDSI, además de los servicios de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes, suministra teleservicios tales como: Telefax, Correo electrónico, telealarmas, televigilancia, vídeo conferencia, telefonía móvil automática…

Publicado: agosto 6, 2016 por Santiago

Etiquetas: tema 9 tecnologia