Unidad Sistemas Computacionales



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Figura 1 Código ASCII

Todos los datos, incluyendo datos de audio, datos visuales e instrucciones de programas, pueden ser representados y almacenados usando una secuencia de dígitos binarios, o una secuencia de bytes. Recuerda que un archivo es un conjunto de datos. En algunos archivos, los bits de datos directamente codifican letras, números y símbolos de puntuación que forman las palabras y enunciados. En otros archivos como un archivo de imagen, los bits de datos requieren ser calculados para transformarlos en imágenes que podamos interpretar.

La mayoría de las aplicaciones como Microsoft Word o PowerPoint codifican información en formas especializadas que no son legibles para los seres humanos. Así, aunque Microsoft Word es generalmente usado para editar texto, un documento de Word no puede ser desplegado adecuadamente por un editor de texto simple como el Bloc de Notas, debido a que el documento incluye información en un formato específico para Microsoft Word. Por lo tanto, el documento debe ser abierto en Microsoft Word para poder ser leído. Algunos archivos tienen una sección de encabezado que indica qué formato fue usado para codificar los datos, de manera que permita que la computadora re-ensamble los datos binarios en una forma legible para los humanos.

Necesidad Creciente de Bytes

Desde finales de la década de 1970 hasta el principio de la década de 1980, se empezaron a producir computadoras personales relativamente económicas. En poco tiempo se desarrolló un enorme mercado de consumidores. Al principio pequeñas cantidades de memoria, como miles de bytes, era todo lo que se requería para manejar una hoja de cálculo sencilla o tareas de procesamiento de palabras. Con el tiempo, los usuarios necesitaron sistemas más complejos para hacer dibujos, gráficas y cálculos complicados. Al ir creciendo la demanda de los consumidores, los requerimientos de cómputo crecieron también. Las demandas del consumidor causaron nuevos desarrollos que ampliaron la capacidad de memoria de las computadoras. Para mediados de los 80's, la memoria se había incrementado a millones de bytes. En la actualidad, las computadoras de oficina y casa tienen comúnmente billones de bytes de capacidad de memoria. La memoria para sistemas intensivos de datos, como el Sistema de Información Geográfica (GIS por sus siglas en inglés), requiere trillones de bytes. A continuación se muestra una tabla que ilustra la capacidad de memoria a través de los años, desde los 70's, con su abreviación y prefijo asociado.




Década

1970s

1980s

1990s

2000s

Orden de magnitud en capacidad de memoria

Miles

Millones

Billones

Trillones

Prefijo

Kilo (103)

Mega (106)

Giga (109)

Tera (1012)

Abreviación

K

M

G

T

En términos de almacenamiento, mientras más capacidad de memoria exista, mejor. Esto quiere decir que se puede almacenar más información ya sean datos o programas. La tendencia en cuanto a capacidad de memoria es a ser cada vez más grande. Al mismo tiempo, la tecnología física de almacenamiento de memoria se ha hecho cada vez más pequeña, ligera y rápida, por casi el mismo precio. Aprenderás más sobre tecnologías de almacenamiento y memoria en la siguiente unidad de este curso.

1.3.2 Sistemas Numéricos

  1. Decimal

  2. Binario

  3. Hexadecimal

  4. Ejercicio de Aprendizaje

El mundo de la computación utiliza muchos sistemas numéricos para representar datos. Así como el sistema decimal, también conocido como base10, es conocido para la gente, de manera similar los sistemas numéricos binario (base 2) y hexadecimal (base 16) son sistemas de numeración comunes usados actualmente en computación.

Decimal

Comenzaremos nuestra discusión sobre los sistemas numéricos examinando como ejemplo el sistema decimal. El sistema numérico decimal contiene diez valores - 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, y 9. Cada número en el sistema numérico decimal puede ser descompuesto en dígitos por su "lugar" en el número. Usando el número 43,872 como ejemplo, 2 está en el lugar 0, el 7 está en el primer lugar, 8 en el segundo, 3 en el tercero, y 4 en el cuarto. Cada lugar tiene un valor que puede ser representado ya sea exponencialmente o por sus valores decimales. La siguiente tabla muestra la representación exponencial y decimal para cada lugar en el número 43,872.



Lugar

4to

3ero

2do

1ero

0

Dígito

4

3

8

7

2

Valor exponencial del lugar

104

103

102

101

100

Valor decimal del lugar

10,000

1,000

100

10

1

Tabla 1Valor exponencial y decimal correspondiente al lugar de un dígito en un número

Observa que los valores exponenciales están elevados a una potencia correspondiente al lugar del dígito. Por ejemplo, el valor exponencial del 4to lugar es 104.

Para determinar el valor del número, multiplica el dígito contenido en la columna, por el valor que esa columna representa. El siguiente es un cálculo de muestra para el ejemplo anterior.

4 × 104 + 3 × 103 + 8 × 102 + 7 × 101 + 2 × 100 =
4 × 10,000 + 3 × 1000 + 8 × 100 + 7 × 10 + 2 × 1 =
40,000 + 3000 + 800 + 70 + 2 =
43,872

Mientras que los cálculos para realizar la conversión parecen complejos, estos demuestran un patrón que puede ser utilizado para convertir cualquier número a un sistema de numeración decimal.

dp(b)p + dp-1(b)p-1 + . . . + d0(b)0

Donde p es el lugar, b es la base, dp es el dígito en el lugar más alto del número, y dp-1 es el siguiente lugar más alto del número, etc.

Usando el ejemplo del número anterior, dp = 4, dp-1 = 3, b = 10, y p = 4.

4 × 104 + 3 × 103 + 8 × 102 + 7 × 101 + 2 × 100 =43,872

La fórmula anterior puede ser usada para calcular el valor decimal de cualquier número en una base determinada. A continuación se muestra el cálculo para convertir 214 a su valor decimal:



Lugar

1ero

0

Dígito

2

1

Valor exponencial del lugar

41

40

Valor decimal del lugar

4

1

Tabla 2Valor exponencial y decimal correspondiente al lugar de un dígito en un número

2(4)1 + 1(4)0 =
2× 4 + 1 × 1 =
8 + 1 =
9

Hasta ahora, hemos discutido solamente la conversión de números al sistema decimal. También es importante ser capaces de convertir números del sistema decimal, a otros sistemas de numeración. Continuando con el sistema en base4, vamos a convertir el número 89 de decimal a base4.

Primero, encuentra el valor p, donde 4p< = 89 < 4p+1. En este caso p = 3. p es el valor del lugar más alto.

Ahora, procedamos a llenar la siguiente tabla:

Lugar

3

2

1

0

Valor exponencial del lugar

43

42

41

40

Valor decimal del lugar

64

16

4

1

Cálculo

89 ÷ 64

25 ÷ 16

9 ÷ 4

1 ÷ 1

Resultado

1

1

2

1

Restante

25

9

1

0

Tabla 3Conversión de números de base 10 a base 4

Por lo tanto, 8910 = 11214.

Enseguida vamos a estudiar la numeración binaria y hexadecimal.

Binaria

Como todos los sistemas de numeración se tratan de la misma forma, ya tienes las herramientas necesarias para convertir a y desde el sistema binario. Revisemos la conversión del número 101101102 al sistema decimal.

El lugar más alto, p, se obtiene contando el número de lugares en el número binario, comenzando desde cero. En este caso, p = 7.

1 × 27 + 0 × 26 + 1 × 25 + 1 × 24 + 0 × 23 + 1 × 22 + 1 × 21 + 0 × 20 =
1 × 128 + 0 × 64 + 1 × 32 + 1 × 16 + 0 × 8 + 1 × 4 + 1 × 2 + 0 × 1 =
128 + 0 + 32 + 16 + 0 + 4 + 2 + 0 =
182

Por ejemplo, en 1001102 el lugar más grande es 2p, donde p = 5. Debido a que el sistema binario, es el sistema de numeración más fácil de convertir a decimal, esto nos ayudará más adelante, cuando tratemos de convertir números hexadecimales.

Hexadecimal

Debes haber notado que al expresar valores en notación binaria se utilizan más dígitos que en la notación decimal. Por ejemplo, el número 99 en decimal, es 1100011 en notación binaria. Los informáticos han adoptado la notación hexadecimal como una abreviación de la notación binaria, de manera que ellos puedan expresar los valores binarios de una forma más concisa.

La notación hexadecimal (base16), o"hex," es el sistema numérico más grande con el que trabajarás. En el sistema decimal moderno, el conjunto de números Arábigos establecidos del 0-9 tienen que ser complementados por valores adicionales para representar los equivalentes decimales de 10, 11, 12, 13, 14, y 15. En lugar de inventar símbolos nuevos para representar estos números, se usan las letras A-F. La notación hexadecimal está representada por el conjunto de números 0-F. Se pueden utilizar letras mayúsculas o minúsculas en la notación hexadecimal para A-F, en este curso, usaremos las letras mayúsculas A-F. Por lo general, la notación hexadecimal no se representa agregando un 16 como subíndice al número. Existen dos formatos diferentes para representar números hexadecimales: anteponer un 0x o bien agregar al final una h. Usaremos 0x para denotar los números hexadecimales.

Lugar

4

3

2

1

0

Valor exponencial del lugar

164

163

162

161

160

Valor decimal del lugar

65,536

4096

256

16

1

Tabla 4Valor exponencial y decimal correspondiente al lugar de un dígito en un número

Existen dos métodos para convertir números hexadecimales a decimales. Existe el enfoque directo usando la fórmula:



p(b)p + dp-1(b)p-1 + . . . + d0(b)0

Donde dp es el dígito en el lugar más alto del número, y dp-1 es el siguiente lugar más alto en el número, y así sucesivamente. b es la base y p es el valor del lugar más alto.

La conversión se muestra a continuación:

4 × 163 + A × 162 + 3 × 161 + F × 160 =
4 × 4096 + 10 × 256 + 3 × 16 + 15 × 1 =
16,384 + 2560 + 48 + 15 =
19,007

Este método es particularmente útil para números hexadecimales grandes. Sin embargo, para números más pequeños de uno o dos dígitos, es por lo general más rápido convertir el número hexadecimal a binario antes de convertirlo a decimal. La notación hexadecimal mantiene una relación con la binaria, ya que está derivada del sistema en base2. Cada dígito hexadecimal representa cuatro lugares binarios. La siguiente tabla muestra la relación entre la notación binaria, hexadecimal, y decimal para 0x0-0xF.

Decimal

Binaria

Hexadecimal

0

0000

0x0

1

0001

0x1

2

0010

0x2

3

0011

0x3

4

0100

0x4

5

0101

0x5

6

0110

0x6

7

0111

0x7

8

1000

0x8

9

1001

0x9

10

1010

0xA

11

1011

0xB

12

1100

0xC

13

1101

0xD

14

1110

0xE

15

1111

0xF

Tabla 5Conversiones decimal, binaria, y hexadecimal

Vamos a convertir 0x3B a decimal pasándolo primero a notación binaria. El primer paso es encontrar lo que representa en notación binaria el número hexadecimal. Reemplaza el número hexadecimal con el número binario. Por lo tanto, 0x3B se convierte en 001110112. Como recordarás de la sección anterior de la notación binaria, convertir números de binario a decimal es mucho más fácil que con otros sistemas, ya que multiplicar por dígitos binarios de 0 y 1 es trivial.

0x3B=
001110112=
32 + 16 + 8 + 2 + 1 =
59

Un byte de datos (ocho bits) puede escribirse con solo dos dígitos hexadecimales. Por ejemplo, el carácter "N" en el código ASCII extendido tiene la representación binaria 01001110. Si lo escribimos como dos grupos de cuatro bits cada uno, tenemos 0100.1110. Usando la tabla 5, encontramos que 0100 es 0x4 y 1110 es 0xE. Por lo tanto, el código hexadecimal correspondiente para 0100.1110. es 0x4E.

Cuando instales o des mantenimiento a sistemas computacionales, algunas veces encontrarás números hexadecimales, como representaciones de direcciones de memoria, direcciones de red, u otras cualidades relacionadas con el hardware de la máquina. También las puedes encontrar en contextos relacionados con el sistema operativo, como cuando una máquina se "cae" y despliega un reporte de falla.

Ejercicio de Aprendizaje

Puedes practicar conversiones entre notación binaria, decimal, y hexadecimal, usando el accesorio Calculadora de Microsoft.



  1. Usando el sistema operativo de Windows, pulsa el botón de Inicio, selecciona Programas, luego entra en Accesorios, y finalmente selecciona Calculadora. Para poder usar las funciones requeridas en este ejercicio debes entrar en el menú Ver y seleccionar Científica.

  2. Para usar la calculadora para la conversión de datos, pulsa sobre el botón Dec para poner la calculadora en modo decimal, teclea un número, y luego pulsa el botón Hex para convertir el número a hexadecimal. También puedes convertir de hexadecimal a decimal. Las teclas A-F están habilitadas cuando estás en el modo hexadecimal.

  3. ¿Cuál es la representación hexadecimal del número 255? ¿Cuál es el equivalente decimal de 0x4D2?


Unidad 2. Sistemas de Hardware

Esta unidad cubre el tema del hardware de una computadora—los componentes que forman un sistema computacional y la forma en qué trabajan juntos. Primero, aprenderás sobre la forma en que la computadora procesa información y cómo trabaja la memoria. Luego aprenderás sobre la forma en que pueden moverse los datos entre los diferentes componentes dentro y fuera de la unidad del sistema. También te familiarizarás con diferentes medios para el almacenamiento de datos. Al final de esta unidad, debes tener un entendimiento básico de cómo trabaja una computadora. Entender esta unidad te ayudará a ser un consumidor informado de equipos computacionales.



Secuencia de Lecturas:

  1. 2.1 Procesador y Memoria

  2. 2.2 Periféricos

  3. 2.3 Dispositivos de Almacenamiento

  4. 2.4 Juntando los Componentes de Hardware

  5. 2.5 Mejorando el Desempeño de la Computadora

Actividades:

  1. Ejercicio 2

Para guiarte a través de los componentes de hardware que serán cubiertos en esta unidad, el siguiente diagrama ilustra a grandes rasgos los componentes de un sistema computacional.



Figura 1 Descripción de los componentes

El microprocesador, también llamado el procesador, es el componente principal que ejecuta instrucciones almacenadas en la memoria principal. El microprocesador es conocido algunas veces como el "cerebro" del sistema computacional, ya que toma decisiones y envía comandos a otros componentes para completar un conjunto de instrucciones. La memoria principal almacena instrucciones a ser ejecutadas por el microprocesador. Los datos almacenados en la memoria principal se pierden cuando la computadora se apaga. En contraste a la memoria principal, los dispositivos de almacenamiento como las unidades de CD-ROM y de disquete (también llamada unidad de disco flexible) almacenan datos de forma permanente, aún cundo la computadora se encuentra apagada.

Los periféricos permiten la entrada y salida de datos. Ejemplos de dispositivos periféricos incluyen el monitor, la impresora, el teclado, y el ratón. Los periféricos también incluyen mecanismos que permiten que los datos sean transferidos dentro y fuera de un sistema computacional.

El conjunto de chips (chipset) actúa como un policía de tránsito que controla el flujo de datos y coordina la interacción entre los componentes del sistema. Los componentes pasan los datos a través del conjunto de chips, y el conjunto de chips monitorea el flujo de datos y pasa los datos a otros componentes.



Ahora veremos un ejemplo de cómo estos componentes trabajan juntos. En este ejemplo, el sistema computacional completa una solicitud para abrir un archivo y despliega el archivo abierto en el monitor. Se siguen los siguientes cuatro pasos para completar la tarea:

  1. El microprocesador envía instrucciones a los dispositivos de almacenamiento (a través del conjunto de chips) solicitando que el archivo especificado sea cargado en la memoria principal.

  2. Los dispositivos de almacenamiento envían el archivo a través del conjunto de chips, a la memoria principal.

  3. El microprocesador trae de la memoria principal el contenido del archivo.

  4. El microprocesador envía al monitor los datos a ser desplegados, a través del conjunto de chips.

A continuación se muestra un diagrama del flujo de datos entre los componentes.



Figura 2Flujo de datos en un sistema computacional

En cada sección de esta unidad aprenderá más sobre los principales componentes ilustrados en el siguiente diagrama y obtendrás un entendimiento más profundo de cómo trabajan juntos estos componentes. Para ayudar a que te familiarices con la apariencia física de los componentes de hardware, la siguiente imagen muestra los principales componentes que se encuentran dentro de la unidad del sistema. También se incluye una breve descripción de los componentes etiquetados en la imagen.







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