Introducción a la Informática

Contenidos:
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Definiciones.
Esquema de un ordenador.
Codificación de la información.
Parámetros básicos de un ordenador.
Programas e instrucciones.
Proceso de ejecución de una instrucción.
Tipos de instrucciones.
Lenguajes de programación.
Evolución histórica de los ordenadores.
Tema I: Introducción a la informática
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Topográfica (U.P.M.)
Definiciones:
• Informática:
– Conjunto de conocimientos científicos y técnicas que
hacen posible el tratamiento automático de la
información por medio de ordenadores.
• Ordenador:
– Máquina capaz de aceptar unos datos de entrada,
efectuar operaciones lógicas y aritméticas y
proporcionar la información resultante a través de un
medio de salida; todo ello sin intervención de un
operador humano y bajo el control de un programa de
instrucciones previamente almacenado en la propia
memoria.
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Definiciones:
• Hardware:
– Soporte físico formado por circuitos electrónicos, cajas,
y dispositivos de entrada y salida de información.
• Software:
– Soporte lógico formado por el conjunto de programas
que permiten utilizar con algún propósito los
ordenadores.
• Dato:
– Conjunto de símbolos utilizados para representar un
valor numérico, un hecho, un objeto o una idea; en la
forma adecuada para ser objeto de tratamiento.
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Definiciones:
• Instrucción:
– Conjunto de símbolos que representa una orden de
operación o tratamiento para el ordenador.
• Programa:
– Conjunto ordenado de instrucciones que se da al
ordenador indicándole las operaciones que ha de
realizar.
• Lenguaje de programación:
– Conjunto de símbolos y reglas que permiten construir
un programa.
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Esquema de un ordenador:
Memoria
Entrada/Salida
U.C.P.
Datos
Usuario
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Esquema de un ordenador:
Memoria masiva
Memoria principal
Entrada
Salida
U.C.
U.L.A
Unidad central de proceso
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Esquema de un ordenador:
• Memoria principal:
– Ligada a la unidad de control u unidad aritméticológica.
– Mayor velocidad.
– Donde se cargan los programas y los datos.
– Se organiza en palabras de memoria (posiciones).
– Conviven los tipos de memoria Lectura / escritura
(RAM) y sólo lectura (ROM).
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Esquema de un ordenador:
• Memoria masiva, auxiliar, secundaria o extra:
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Mayor capacidad de almacenamiento.
Más lenta que la memoria principal.
Memoria no volatil.
Son: Discos magnéticos, cintas magnéticas, discos
ópticos y discos magneto-ópticos.
– Comúnmente Disco Duro, CD-ROM, DVD.
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Esquema de un ordenador:
• Unidad Central de Proceso:
– Formada por U.C. y U.L.A. y U.P.F, memoria cache.
• La unidad de control (U.C.):
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Interpretar y controlar la ejecución de las instrucciones.
Detecta señales de estado de otros elementos.
Controlar la transferencia entre CPU, memoria y E/S.
Responder a las peticiones de servicio de los periféricos
Genera señales de control para el resto de elementos.
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Esquema de un ordenador:
• Unidad aritmético-lógicas (U.L.A.):
– Circuitos de operaciones lógicas y aritméticas
siguiendo las instrucciones de la unidad de control.
• Unidad de Punto Flotante (U.P.F.):
– Se encarga de realizar las operaciones aritméticas con
números representados en formato exponencial o
científico. Dota a la U.L.A. de mayor capacidad de
cáclulo.
• Memoria Cache:
– Se trata de memora RAM muy rápida que almacena
pequeñas cantidades de información, siendo usual las
próximas instrucciones a ejecutar de forma secuencial.
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Esquema de un ordenador:
Búsqueda de
instrucción
U.L.A.
U.P.F.
Ejecución de
instrucción.
1
4
U.C.
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Incrementar
Cont. Prog.
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Decodificación
de instrucción.
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Codificación de la información:
• Codificación:
– Transformación que representa los elementos de un
conjunto mediante los de otro, de forma tal que a cada
elemento del primer conjunto le corresponda un
elemento distinto del segundo.
• Código binario:
– Utilizado para representar información con dos estados:
“nivel lógico alto” 1 y “nivel lógico bajo” 0 ( 0,1).
• BIT:
– Unidad de información binaria.
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Codificación de la información:
• Byte: ( 8 bits). Unidad de medida de la
información
– Número de bits necesarios para representar un carácter.
• Múltiplos Byte:
–
–
–
–
–
1 Kilobyte (KB) = 210 bytes = 1024 bytes.=103
1 Megabyte (MB)= 220 bytes = 1048576 bytes=106
1 Gigabyte (GB)=230 bytes = 1073741824 bytes =109
1 Terabyte (TB)=240 bytes = 1012
1 Petabyte (PB) =250 bytes =1015
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Parámetros básicos de un ordenador:
• Frecuencia de trabajo de la CPU:
– La unidad de control se mueve a impulsos de un reloj.
Este reloj queda definido por la frecuencia de trabajo,
que se mide en MHz.
• Ancho de banda de los buses:
– Determina la capacidad de transferencia de información
entre unidades. Se mide en Mbytes/segundo.
• Longitud de palabra:
– Número de bits que es capaz de procesar la ALU
simultáneamente. ( 8, 16,32 y 64 bits)
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Formato de una instrucción:
– El conjunto de bits que compone una instrucción se
estructura en varios campos, cada uno de los cuales
especifica un parámetro de la instrucción.
– Campos:
• Código de operación (OP): codifica el tipo de
operación lógica o aritmética.
• Otros campos: determinan los operandos fuente y
destino que intervienen en la instrucción.
Bit N
Bit 0
Código OP
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Operando 1 Operando 2 Resultado
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Fases en la ejecución de una instrucción:
• 1ª Búsqueda de la instrucción:
– Lectura de la instrucción señalada por la dirección de
memoria almacenada en el contador de programa.
• 2ª Decodificación:
– Interpretación de la instrucción por la U.C.
• 3ª Búsqueda de operandos:
– La U.C. lee los operandos de la memoria.
• 4ª Ejecución:
– Genera la señales para procesar la instrucción.
• 5ª Escritura de resultado.
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Tipos de instrucciones:
– El número y tipo de instrucciones que puede ejecutar
una CPU depende de su arquitectura: CISC o RISC.
– Tipos de instrucciones:
• Transferencia: Para mover información entre
bloques.
• Aritméticas: Suma, Resta, Producto y cociente
binarios.
• Lógicas: AND , OR ,XOR y NOT.
• De salto: sentencias condicionales e incondicionales.
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Lenguajes de programación:
• Definición: Conjunto de reglas lexicas que permiten
describir la secuencias de acciones que se desea ejecutar.
• Clasificación de los lenguajes:
– Bajo nivel (Lenguaje máquina o binario (0,1)):
• Secuencias binarias.
• Interpretable directamente por la CPU.
– Intermedios (Lenguaje ensamblador) y C.
• Sentencias compuestas por nemotécnicos.
• Específico para cada CPU.
• Requiere un programa de traducción denominado
Ensamblador.
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Lenguajes de programación:
– Alto nivel:
• Utilizan sentencias próximas al lenguaje natural.
• Permiten el uso de librerías de rutinas ya programadas.
• Son independientes de los tipos de CPU.
• Requieren un programa de traducción denominado compilador.
• Relación de lenguajes de programación:
– Fortran, Cobol, PL1, Basic, Pascal, C, ADA, DELPHI, Modula,
Clipper, Java, Perl, etc..
– Entornos de programación orientada a eventos:
• Se trata de los entornos de programación visual para
aplicaciones Windows, en las que se programan las acciones a
ejecutar cuando se desencadena un evento sobre un elemento
de la interfaz gráfica de usuario.
Son ejemplos de ellos : Visual Basic, Visual Java
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Programación Orientada a Objetos. POO
• La tecnología orientada a objetos se define como
una metodología de diseño de software que
modela las características de objetos reales o
abstractos por medio del uso de clases y objetos.
• Un objeto puede ser visto como una entidad que
posee atributos y efectúa acciones.
• Estos objetos son casos particulares de entidades
llamadas clases en donde se definen las
características comunes de tales objetos.
• Todo objeto tiene un estado (atributos) y un
comportamiento (acciones).
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Evolución histórica de los ordenadores:
• 1ª Etapa:
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Constató arquitectura de Von Neumann
Válvulas de vacío.
Lenguaje máquina.
Similitud de velocidades entre CPU y memoria
• 2ª Etapa:
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Circuitos integrados SSI y MSI.
Memoria 10 veces más lenta que la CPU.
Compensar diferencia de velocidad CISC.
Instrucción --> macroinstrucción.
CISC --> memoria de control --> microinstrucciones.
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Evolución histórica de los ordenadores:
• 3ª Etapa ( CISC ):
– Mejora la velocidad de las memorias.
– Aparece la memoria CACHE entre CPU y Memoria
principal.
– Las CPU de tipo CISC, pierden poder al tardar más en
ejecutar una instrucción.
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Evolución histórica de los ordenadores:
• 4ª Etapa: RISC pipeline
– Mejora la velocidad de la CPU en base a :
• Instrucciones más simples.
• Interpretación directa de las instrucciones y
ejecución en ciclo máquina.
• Selección de un nº mínimo de instrucciones.
• Ampliación de la cache para contener datos e
instrucciones.
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Evolución histórica de los ordenadores:
• 5 Etapa: Paralelismo.
– Se trata de la computación distribuida, compajinar
varias o múltiples U.C.P. En un único sistema con el
objeto de obtener mayor velocidad de proceso. Se
puede realizar a nivel de Circuito integrado (Chip) o a
nivel de sistema.
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