ORGANIZACIN DE UNA COMPUTADORALa organizacin de una computadora digital y su arquitectura estn ntimamente relacionadas; sin embrago, son dos conceptos diferentes que muchas veces se toman como sinnimos.La organizacin de una computadora digital se refiere a las unidades lgicas que la componen (como la unidad central de proceso, la unidad de memoria, y la unidad entrada/salida), las funciones que realizan, su operacin y la forma en que se relacionan y se comunican unas con otras.

HARDWARE: objetos de un proceso informtico que pueden describirse, propiamente, mediante parmetros y expresiones fsicas. Tambin se denomina soporte fsico.

ProcesadorComplejo de circuitos que configura la unidad central de procesamiento o CPU.Dispositivo de hardware que puede tener diversas calidades y tipos, y por otra parte el concepto lgico en trminos de unidad central de procesamiento o CPU, entendido como cerebro del sistema.

Dispositivos de entrada y salidaAquellos dispositivos encargados de incorporar y extraer informacin de un ordenador; los mismos se encuadran dentro de la denominada Arquitectura de von Neumann, arquitectura que da cuenta de las principales partes que una computadora.

Memoria central internaLa CPU utiliza la memoria de la computadora para guardar informacin mientras trabaja con ella; mientras esta informacin permanezca en memoria, la computadora puede tener acceso a ella en forma directa. Esta memoria construida internamente se llama memoria de acceso aleatorio (RAM).

Dispositivos de almacenamiento de informacinSon dispositivos capaces de grabar datos en su memoria, facilitando asi, el transporte de informacin. Los materiales fsicos en donde se almacenan los datos se conocen como medios de almacenamiento. Ejemplos de estos medios son los discos magnticos (disquetes, discos duros), los discos pticos (CD, DVD), las cintas magnticas, las tarjetas de memoria, etc.

Disco duroEs una herramienta informtica que se utiliza para guardar informacin; este almacenaje se realiza gracias a procedimientos magnticos.

Disco pticoEs un dispositivo de almacenamiento de datos de tipo ptico, que consiste en un disco circular en el cual la informacin se codifica, se guarda y almacena, haciendo unos surcos microscpicos con un lser sobre una de las caras planas que lo componen.Como todas las formas de los medios de almacenamiento de ordenadores, los discos pticos se basan en la tecnologa digital para el almacenamiento de datos. Cualquier tipo o morfologa de la informacin (texto, imagen, audio, vdeo, etc.) puede ser codificada en formato digital y almacenada en este tipo de soportes

Cd dvd romEs un perifrico opcional que permite leer disco DVD ROM, adems de CD ROM, CD de msica y otros formados de CD. El DVD es un nuevo tipo de disco compacto que ofrece una capacidad de almacenamiento de datos muy superior a la de un CD ROM; mientras que un CD ROM o cualquier otro tipo de CD convencional puede guardar 650 MB de datos, a un DVD le cabe entre 4,7 y 17 GB o sea, entre 7 y 265 veces ms. Debido a ello, las unidades de CD ROM son desplazadas paulatinamente por las unidades de DVDROM.

SoftwareEquipamiento lgico o soporte lgico de un sistema informtico, que comprende el conjunto de los componentes lgicos necesarios que hacen posible la realizacin de tareas especficas, en contraposicin a los componentes fsicos que son llamados hardware.

Lenguajes de programacinEs un lenguaje que puede ser utilizado para controlar el comportamiento de una mquina, particularmente una computadora. Consiste en un conjunto de reglas sintcticas y semnticas que definen su estructura y el significado de sus elementos, respectivamente. Aunque muchas veces se usa lenguaje de programacin y lenguaje informtico como si fuesen sinnimos, no tiene por qu ser as, ya que los lenguajes informticos engloban a los lenguajes de programacin y a otros ms, como, por ejemplo, el HTML.

Introduccin a la computadora

Lenguajes de bajo nivel Los lenguajes de bajo nivel son lenguajes de programacin que se acercan al funcionamiento de una computadora. El lenguaje de ms bajo nivel es, por excelencia, el cdigo mquina. A ste le sigue el lenguaje ensamblador, ya que al programar en ensamblador se trabajan con los registros de memoria de la computadora de forma directa. Tipo de lenguajes de programacin que emplean los programadores para hacer aplicaciones. Logran un alto rendimiento respecto de las generaciones anteriores de lenguajes. En este tipo de lenguajes, los programadores deben indicarle los procedimientos especficos que debe hacer el ordenador para lograr un objetivo.

Lenguaje de alto nivelLos lenguajes de alto nivel son normalmente fciles de aprender porque estn formados por elementos de lenguajes naturales, como el ingls. En BASIC, el lenguaje de alto nivel ms conocido, los comandos como "IF CONTADOR = 10 THEN STOP" pueden utilizarse para pedir a la computadora que pare si CONTADOR es igual a 10. Tipo de lenguajes de programacin que permite al programador escribir programas (algoritmos) que son ms o menos independientes de un tipo particular de computadora (del hardware). Estos lenguajes son considerados de alto nivel porque son ms parecidos al lenguaje natural humano y ms lejanos al lenguaje de las mquinas.

Traductores de lenguajeEl proceso de traduccin de un programa fuente escrito en un lenguaje de alto nivel a un lenguaje mquina comprensible por la computadora, se realiza mediante programas llamados traductores. Lostraductores de lenguaje son programas que traducen a su vez los programas fuente escritos en lenguajes de alto nivel a cdigo mquina. Los traductores se dividen en compiladores e intrpretes.IntrpretesUn intrprete es un traductor que toma un programa fuente, lo traduce y, a continuacin, lo ejecuta.CompiladoresUn compilador es un programa que traduce los programas fuente escritos en lenguaje de alto nivel alenguaje mquina.

Fases en la resolucin de problemasEl proceso de resolucin de un problema con una computadora conduce a la escritura de un programa y asu ejecucin en la misma. Aunque el proceso de disear programas es esencialmente un proceso creativo,se puede considerar una serie de fases o pasos comunes, que generalmente deben seguir todos los programadores.Las fases de resolucin de un problema con computadora son: Anlisis del problema. Diseo del algoritmo. Codificacin. Compilacin y ejecucin. Verificacin. Depuracin. Mantenimiento. Documentacin.Constituyen el ciclo de vida del software y sus caractersticas ms sobresalientes son: Anlisis. El problema se analiza teniendo presente la especificacin de los requisitos dados por elcliente de la empresa o por la persona que encarga el programa. Diseo. Una vez analizado el problema, se disea una solucin que conducir a un algoritmo queresuelva el problema. Codificacin (implementacin). La solucin se escribe en la sintaxis del lenguaje de alto nivel (porejemplo, C) y se obtiene un programa fuente que se compila a continuacin. Ejecucin, verificacin y depuracin. El programa se ejecuta, se comprueba rigurosamente y se eliminantodos los errores (denominados bugs, en ingls) que puedan aparecer. Mantenimiento. El programa se actualiza y modifica, cada vez que sea necesario, de modo que secumplan todas las necesidades de cambio de sus usuarios. Documentacin. Escritura de las diferentes fases del ciclo de vida del software, esencialmente elanlisis, diseo y codificacin, unidos a manuales de usuario y de referencia, as como normas parael mantenimiento.

Anlisis de problemas El problema se analiza teniendo presente la especificacion de los requisitos dados por el cliente de la empresa o por la persona que encarga el programa. Se conoce tambin como definicin del problema o anlisis del programa. En este paso se determinan la informacin inicial para la elaboracin del programa. Es donde se determina qu es lo que debe resolverse con el computador, de qu presupuestos se debe partir... en definitiva, el planteamiento del problema.

Diseo de algoritmo Una vez analizado el problema, se disea una solucion que conducira a un algoritmo que resuelva el problema. Es disear cualquier sistema nuevo o las aplicaciones que se requieren para satisfacer las necesidades. Esta actividad se debe dividir en:- Operaciones de entrada/salida- Clculos- Lgica/ comparacin- Almacenamiento/ consulta. En este paso se genera una solucin con tcnicas de programacin como diseo descendente de programas, pseudocdigos, flujogramas y estructuras lgicas.

Herramienta de programacinLas dos herramientas ms utilizadas comnmente para disear algoritmos son: diagramas de flujo y pseudocdigos.Un diagrama de flujo (flowchart) es una representacin grfica de un algoritmo. Los smbolos utilizados han sido normalizados por el Instituto Norteamericano de Normalizacin (ANSI), y los ms frecuentemente empleados se muestran en la Figura 2.2., junto con una plantilla utilizada para el dibujo de los diagramas de flujo (Figura 2.3.). En la Figura 2.4. se representa el diagrama de flujo que resuelve el Problema 2.1.

El pseudocdigo es una herramienta de programacin en la que las instrucciones se escriben en palabras similares al ingls o espaol, que facilitan tanto la escritura como la lectura de programas. En esencia, el pseudocdigo se puede definir como un lenguaje de especificaciones de algoritmos.Aunque no existen reglas para escritura del pseudocdigo en espaol, se ha recogido una notacin estndar que se utilizar en el libro y que ya es muy empleada en los libros de programacin en espaol33.Las palabras reservadas bsicas se representarn en letras negritas minsculas. Estas palabras son traduccin libre de palabras reservadas de lenguajes como C, Pascal, etc. Ms adelante se indicarn los pseudocdigos fundamentales a utilizar en esta obra.

Codificacin de un programa Codificacin es la escritura en un lenguaje de programacion de la representacion del algoritmo desarrollada en las etapas precedentes. dado que un algoritmo es independiente del lenguaje de programacion utilizado para su implementacion, el codigo puede ser escrito con igual facilidad en un lenguaje o en otro. Es la generacin real del programa con un lenguaje de programacin. En esta etapa se hace uso de la lgica que desarroll en el paso del diseo del programa para efectivamente generar un programa. Se debe seleccionar el lenguaje apropiado para resolver el problema.

Compilacin y ejecucin de un programa El programa se ejecuta, se comprueba rigurosamnete y se eliminan todos los errores que puedan aparecer. Una vez que el algoritmo se ha convertido en un programa fuente, es preciso introducirlo en memoria mediante el teclado y almacenarlo posteriormente en un disco. Esta operacin se realiza con un editor de texto, posteriormente el programa fuente se convierte en un archivo de programa que se guarda en un disco. El programa fuente debe ser traducido a lenguaje mquina. Este proceso se realiza con el compilador y el sistema operativo que se encarga practicamente de la compilacin. Si al compilar el programa fuente se presentan errores (errores de compilacin), es necesario volver a editar el programa, corregir los errores y compilar de nuevo

Verificacin y depuracin de un programa Es el proceso de ejecucion del programa con una amplia variedad de datos de entrada llamados daros de test o prueba que determina si el programa tiene errores (bugs) para desarrollar la verificacion se debe desarrollar una amplia gama de datos de test. Depurar es correr el programa en una computadora y corregir las partes que no funcionan. En esta fase se comprueba el funcionamiento de cada programa y esto se hace con datos reales o ficticios. Cuando los programas estn depurados, se prueban. Cuando los programas se depuran, se pueden encontrar los siguientes errores:a) Errores de sintaxis o de compilacinb) Errores de ejecucinc) Errores de lgicad) Errores de especificacin.

Documentacin y mantenimiento Escritura de las diferentes fases del ciclo de vida del software, esencialmente el anlisis, diseo y codificacin, unidos a manuales de usuario y de referencia, as como normas para el mantenimiento. Consiste en describir por escrito a nivel tcnico los procedimientos relacionados con el programa y su modo de uso. Tambin se debe documentar el programa para que sea ms entendible. El programa se actualiza y modifica cada vez que sea necesario de modo que se cumplan todas las necesidades de cambio de sus usuarios. Es el paso final del desarrollo del software. Alrededor del 75% del costo total del ciclo de vida de un programa se destina al mantenimiento. El propsito del mantenimiento es garantizar que los programas en uso estn libres de errores de operacin y sean eficientes y efectivos.

Conceptos Bsicos, corriente elctrica y resistencia elctricaLa corriente o intensidad elctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente elctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magntico, lo que se aprovecha en el electroimn.El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente elctrica es el galvanmetro que, calibrado en amperios, se llama ampermetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

VoltajeTambin llamado tensin o diferencia de potencial, el voltaje es la diferencia que hay entre dos puntos en el potencial elctrico, refirindonos a potencial elctrico como el trabajo que se realiza para trasladar una carga positiva de un punto a otro.De esta manera, el voltaje no es un valor absoluto sino una diferencia entre las cargas elctricas, que se mide envoltios, segn el Sistema Internacional de Unidades.El voltio es la unidad derivada del SI para el potencial elctrico, fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en honor de Alessandro Volta, quien en 1800 invent la pila voltaica, la primera batera qumica. Es representado simblicamente por VResistencia ElctricaLaresistencia elctricade un objeto es una medida de su oposicin al paso decorriente.La unidad de la resistencia en elSistema Internacional de Unidadeses elohmio(). Para su medicin en la prctica existen diversos mtodos, entre los que se encuentra el uso de unohmmetro. Adems, su cantidad recproca es laconductancia, medida enSiemens.Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia elctrica depende de la corriente elctrica que pasa a travs de un objeto y de latensinen los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y unmaterial, la resistencia es un valor que se mantendrconstante.

Ley de OhmLa Ley de Ohm, postulada por el fsico y matemtico alemn Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinmica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades bsicas presentes en cualquier circuito elctrico como son:

1. Tensin o voltaje "E", en volt (V).2. Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).3. Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

Introduccin al software al lenguaje de maquinaSe denomina lenguaje mquina a la serie de datos que la parte fsica de la computadora o hardware, es capaz de interpretar.El lenguaje mquina fue el primero que empleo el hombre para la programacin de las primeras computadoras. Una instruccin en lenguaje mquina puede representarse de la siguiente forma:011011001010010011110110Esta secuencia es fcilmente ejecutada por la computadora, pero es de difcil interpretacin, siendo aun mas difcil la interpretacin de un programa (conjunto de instrucciones) escrito de esta forma. Esta dificultad hace que los errores sean frecuentes y la correccin de los mismos costosa, cuando no imposible, al igual que la verificacin y modificacin de los programas.

Materiales semiconductoresLos materiales semiconductores son aquellos que a temperaturas muy bajas se comportan como aislantes, es decir, no conducen la electricidad, pero que cuando la temperatura aumenta por encima de un cierto valor se convierten en muy buenos conductores. Algunos materiales semiconductores son por ejemplo el silicio, el germanio y el selenio. Los electrones que tienen los tomos de un slido van ocupando las bandas permitidas, una vez que se ocupa una banda los electrones restantes, si es que los hay, empiezan a ocupar la siguiente banda permitida.

Diferencia entre diodo y transistorUn diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido y te rectifica la energa.El transistor es un dispositivo electrnico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El trmino transistor es la contraccin en ingls de transfer resistor (resistencia de transferencia).

Modelo de von neumann de una computadoraEn la actualidad cada computadora se basa en el modelo del matemtico hngaro John Von Neumann. El modelo examina el interior de la computadora (la caja negra) y define cmo se realiza el procesamiento. Von Neumann resolvi el problema de tener que cablear la mquina para cada tarea, dado que le pareci evidente, que programar computadoras con una enorme cantidad de interruptores y cables era algo lento, tedioso y poco flexible, y pens que el programa poda representarse en forma digital en la memoria de la computadora, lo mismo que los datos. Tambin observ que la torpeza de la aritmtica decimal en serie utilizada por la ENIAC, con cada dgito representado por diez bulbos (uno encendido y nueve apagados), poda reemplazarse usando aritmtica binaria paralela.Su diseo bsico, ahora conocido como una Mquina de Von Neumann, se us en la EDSAC para la primera computadora que almacenaba el programa, y constituye todava la base para la mayora de las computadoras digitales, casi medio siglo despus. Este diseo y la mquina IAS (Princeton Institute of Advanced Studies), construida en colaboracin con Herman Goldstine, ha tenido una influencia tan grande en las maquinas actuales.Sistema de entrada/salidaUn computador se compone de tres elementos bsicos: el procesador, el sistema de memoria y el sistema de entrada/salida. El sistema de entrada/salida es la parte del computador que interacta con el medio externo. Lo hace a travs de una variedad de dispositivos cuyo objetivo bsico es la transmisin de datos. El cometido de un dispositivo de entrada salida es el de traduccin de un lenguaje externo y variado a un cdigo ms prximo al computador ( y a la inversa).

Organizacin de la memoriaDos propiedades de los programas hacen viable la organizacion de la memoria del ordenador en una jerarqua de varios niveles: Localidad Temporal: cuando se consulta un dato, seguramente sera consultado poco despues. Un libro de la mesa sera consultado varias veces. Ejemplo en programas: bucles (datos e instrucciones). Localidad Espacial: cuando se consulta un dato, seguramente otros cercanos seran consultados poco despues. Traemos un libro del estante los libros que estan prximos versaran sobre el mismo tema. Ejemplo en programas: instrucciones (salvo por los saltos, se ejecutan secuencialmente tal como estan en memoria) y estructuras de datos como las tablas.

Tipos de direccionamientosDireccionamiento implcitoDepende solamente de la instruccin, es decir, la instruccin no lleva parmetros.Particularmente en instrucciones que no accesan memoria, o bien que tienen una forma especfica de accesarla.Modo registroUsa solamente registros como operandosModo inmediatoTiene dos operandos: un registro y una constante que se usa por su valor.Modo directoUno de los operandos involucra una localidad especfica de memoriaEl valor constante se tiene que buscar en memoria, en la localidad especificada.Modo indirectoSe usan los registros SI, DI como apuntadoresEl operando indica una localidad de memoria, cuya direccin (slo la parte desplazamiento) est en SI o DI.Modo indexado de baseFormato:[BX o BP+ SI o DI (opcionales)+ constante (opcional)]BX o BP indica una localidad base de la memoriaA partir de BX o BP, se puede tener un desplazamiento variable y uno constante

Funcionamiento de un procesador idealSu funcionamiento, se puede ver, de forma esquemtica y simplificada dividido en los siguientes pasos:Lee una instruccin. Los programas estn compuestos de instrucciones y datos. Las primeras indican al procesador que tareas deben de realizarse sobre los segundos. Una instruccin por ejemplo, es la suma de A ms B, donde tanto A como B son datos. Por lo tanto el primer paso consiste en leer esa instruccin de la memoria.Lee los datos asociados a esa instruccin. Una vez leda la instruccin, y analizados los datos que se van a procesar, estos son ledos de la memoria. Siguiendo con el ejemplo anterior, A y B seran ledos de la memoria. Dependiendo de la instruccin estos pueden o no estar en memoria.Procesa la informacin y se escribe a memoria los datos. Se realiza la operacin. Dependiendo de la instruccin, el resultado puede ser escrito en memoria, o quedar almacenado dentro del procesador, en un registro del mismo para un posterior uso.Se pasa a la siguiente instruccin. Lo normal es pasar a la siguiente instruccin. Pero no todas son iguales y puede que alguna cambie el flujo del programa. Por ejemplo, una puede decidir que se repitan las anteriores instrucciones hasta que no se cumpla una determinada condicin.

El ciclo de instruccin

Un ciclo de instruccin (tambien llamado ciclo de traer y ejecutar) es el perodo de tiempo durante el cual un ordenador lee y procesa una instruccin de lenguaje mquina de su memoria o la secuencia de acciones que la unidad central (CPU) funciona para ejecutar cada instruccin de cdigo de mquina en un programa. 1. Del registro de instruccin, los datos que forman la instruccin son descifrados por la unidad de control.2. Pasa la informacin descifrada como una secuencia de seales de control a las unidades de funcin relevantes de la CPU para realizar las acciones requeridas por la instruccin como la lectura de valores de registros.3. Los valores de registro pasan a la Unidad Aritmtica lgica (ALU) para aadirlos juntos y escribiendo el resultado de vuelta al registro. Una seal de condicin es enviada de regreso a la unidad de control por ALU si est implicado. 4. El resultado generado por la operacin es almacenado en la memoria principal, o enviado a un dispositivo de salida. Basado en la regeneracin de condicin del ALU, la PC es incrementada para dirigir la siguiente instruccin o para actualizar a diferentes direcciones de donde ser trada la siguiente instruccin. El ciclo entonces es repetido.