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EL ORDENADOR

CONTENIDOS1.- Introducción al Ordenador2.- Hardware y Software3.- El Sistema Binario4.- Arquitectura von Neumman4.- Arquitectura von Neumman

OBJETIVOS.- Conocer las funciones básicas y laevolución histórica del ordenador..- Diferenciar qué elementospertenecen al hardware y cuáles alsoftware..- Entender el sistema de

PCPI Montaje y Mantenimiento de Equipos Informáticos Alejandro Herrán Martínez

.- Entender el sistema decomunicación de los ordenadores.- Descubrir los procesos internos quese dan en el ordenador cuandorealizamos alguna tarea.

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1.- Introducción al ordenador

¿Qué es y para qué sirve un ordenador?

Según la Real Academia Española, un ordenador es “aquella máquina electrónicadotada de una memoria de gran capacidad y de métodos de tratamiento de lainformación, capaz de resolver problemas aritméticos y lógicos gracias a la utilizaciónautomática de programas registrados en ella”.

Todo nuestro entorno gira en torno a estos dispositivos: el sistema bancario, lostransportes, ciencia y tecnología, comunicaciones y un largo etc. En general cualquiersistema que maneje y almacene información, desde un simple reloj digital o unacalculadora de bolsillo hasta el más sofisticado trasbordador espacial, pueden y deben


calculadora de bolsillo hasta el más sofisticado trasbordador espacial, pueden y debenser considerados ordenador.

Concretando la respuesta, podríamos decir que un ordenador sirve para trabajar coninformación.

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¿Qué requisitos debe cumplir para catalogarlo como ordenador?

Como acabamos de ver, la principal misión del ordenador es trabajar con lainformación. Es por ello que para poder considerar a un dispositivo como ordenador,información. Es por ello que para poder considerar a un dispositivo como ordenador,debe cumplir, al menos, cuatro funciones:

Recibir información. Sin los datos a tratar sería inútil un ordenador.Procesar información. Cualquier operación, desde escribir un texto hasta escucharmúsica con el PC necesita de esta función.Almacenar información. Procesada o no, será necesario rescatarla en cualquiermomento.Mostrar los resultados. Es el fin último del proceso, ver el resultado de todo eltrabajo.


trabajo.

En términos generales, se denomina ORDENADOR a todo aquel aparato que sirve parael procesamiento, tratamiento y almacenamiento de la información

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Evolución histórica del ordenador

Tanto las calculadoras manuales como las mecánicas son consideradas como losantecedentes de los ordenadores personales. Un ordenador se diferencia de lasantecedentes de los ordenadores personales. Un ordenador se diferencia de lascalculadoras en que éste posee un programa, el cuál puede ser modificado para que lamáquina sea capaz de realizar diferentes operaciones aritmética y lógicas.

La tendencia de los últimos años, en lo que a evolución del ordenador se refiere, hasido integrar los ordenadores en los hogares como un electrodoméstico más y facilitarsu utilización.

La historia de los ordenadores personales comenzó a finales de la década de lossesenta cuando la compañía norteamericana IBM, decidió dar nuevos aires a la


sesenta cuando la compañía norteamericana IBM, decidió dar nuevos aires a lainformática empresarial, hasta entonces prácticamente limitada a grandesordenadores, extremadamente costosos y que requerían unas condiciones defuncionamiento y control extremos.

La historia del ordenador se ha dividido en cinco generaciones

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Primera Generación: “Tubos o válvulas de vacío” (1946 – 1957)

Esta primera generación se caracteriza por el uso de dispositivos electrónicos,concretamente tubos de vacío.concretamente tubos de vacío.

Los ordenadores mecánicos tenían dos inconvenientes: la velocidad de cómputo eramuy lenta y la transmisión de la información por medios mecánicos era muy engorrosay poco fiable. Esto se solucionó con los ordenadores electrónicos, cuyas partes móvilesson los electrones y la información era transmitida mediante corrientes eléctricas.

El 15 de febrero de 1946 se hace una presentación pública en la Universidad dePennsylvania del ENIAC. Fue el primer computador digital electrónico de propósitogeneral. Pesaba 32 toneladas y medía 2,40 metros de ancho por 30 de largo. Disponía


general. Pesaba 32 toneladas y medía 2,40 metros de ancho por 30 de largo. Disponíade capacidad para resolver en un segundo 5.000 sumas y 360 multiplicaciones,aunque para reprogramarla era preciso cambiar de posición las conexiones de loscables, lo que requería un trabajo muy laborioso.

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Segunda Generación: “Transistores” (1957 - 1964)

El transistor (palabra surgida por la contracción de Transfer Resistor), elemento desilicio o germanio inventado por los Laboratorios Bell Telephone en 1947, acabósilicio o germanio inventado por los Laboratorios Bell Telephone en 1947, acabósustituyendo a los tubos de vacío (o válvulas), debido a la gran diferencia de susprestaciones: tamaño minúsculo, menor coste y menor consumo eléctrico, generandoasí también menos calor. La vida útil del transistor no tiene comparación tampoco, yaque es prácticamente ilimitada, mientras que las válvulas debían ser reemplazadas conmucha frecuencia.

Principales características de la segunda generación:Empleo de transistores en lugar de válvulasMayor memoria de cálculo


Mayor memoria de cálculoDisminución de tamañoOrdenadores más económicosMayor facilidad de manejo, aparecen los lenguajes de programación FORTRAN yCOBOL.

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Tercera Generación: “Circuitos integrados” (1964 - 1970)

En 1958, el ingeniero eléctrico estadounidense Jack St. Claire Kilby concibió la idea derealizar un “circuito integrado”, es decir, la construcción de un circuito entero en unrealizar un “circuito integrado”, es decir, la construcción de un circuito entero en unsubstrato de silicio o germanio cuando trabajaba para la empresa Texas Instruments,logro que sentó los cimientos conceptuales y técnicos para todo el campo de lamicroelectrónica y que en los años 80 llevaría al desarrollo de los microprocesadores..

La introducción de los transistores en la construcción de ordenadores fue el inicio deun proceso de miniaturización de los componentes electrónicos en el ámbito mundial.Del mismo modo que el circuito que hace que la válvula de vacío pueda comprimirseen un pequeño transistor, también pueden comprimirse varios transistores en una solapieza de material semiconductor, en este caso el silicio.


pieza de material semiconductor, en este caso el silicio.

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Tercera Generación: “Circuitos integrados” (1964 - 1970)

Principales características de la tercera generación:Empleo de circuitos integrados que hizo posible diseños de circuitos cada vez másEmpleo de circuitos integrados que hizo posible diseños de circuitos cada vez máscomplejos y perfectos.Debido a la cercanía de los componentes, los retardos de la transmisión son mínimas.Se reduce el consumo de energía.Existe una mayor fiabilidad de los circuitos.Se reduce considerablemente el coste de fabricación.Desarrollo de los sistemas operativos.Desarrollo de las comunicaciones, interconexión de ordenadores en red.Desarrollo del tiempo compartido.Gran desarrollo de los lenguajes de programación y de software en general.


Gran desarrollo de los lenguajes de programación y de software en general.Facilidad de empleo.Empleo de los ordenadores en universidades, laboratorios y empresas.

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Cuarta Generación: “el microprocesador” (1971 – 1980)

Una de las peculiaridades de esta generación de ordenadores es el concepto desistema abierto. En las generaciones anteriores, cada computador estaba muy ligado asistema abierto. En las generaciones anteriores, cada computador estaba muy ligado asu fabricante, de forma que tanto el software como el hardware eran suministradospor el fabricante original. Con los sistemas abiertos esto no ocurre, se puedeconfigurar sus sistema a medida, adquiriendo software y hardware de tercerosdistintos al fabricante.

El microprocesador está contenido en una pastilla de silicio o chip que no es otra cosaque la micro-miniaturización de los circuitos electrónicos. El primer microprocesadorse inventó en 1.971. Muchas funciones hardware de gran complejidad se implementancon circuitos integrados, con las consiguientes ventajas en cuanto a precio,


con circuitos integrados, con las consiguientes ventajas en cuanto a precio,miniaturización, ahorro de consumo y fiabilidad.

El aspecto de mayor relevancia de esta generación es la comercialización delcomputador personal o PC, que supuso la difusión plena, incluso a nivel familiar de lainformática.

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3.5. Quinta Generación: (1981 – Actualidad)

En vista de la acelerada marcha de la microelectrónica, la sociedad industrial se hadado a la tarea de poner también a esa altura el desarrollo del software y los sistemasdado a la tarea de poner también a esa altura el desarrollo del software y los sistemascon que se manejan las computadoras. El objetivo de esta generación es el de producirordenadores auténticamente inteligentes, sistemas a los que el usuario se puededirigir en lenguaje natural, y no a través de códigos o lenguajes de controlespecializados, y con los cuales se puede conversar.

Como principales características de esta generación tenemos:Nueva tecnología de fabricación, basadas posiblemente en materiales distintos alsilicio.Altísima escala de integración.


Altísima escala de integración.Procesamiento en paralelo.Nuevos métodos de Entrada/Salida: identificación del lenguaje oral, reconocimientode formas y tratamiento de la información en lenguaje hablado.

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2.- Hardware y Software

Existen en informática dos conceptos fundamentales que son imprescindibles conocerya que clasifican de una forma inequívoca todos los elementos que intervienen en unya que clasifican de una forma inequívoca todos los elementos que intervienen en unproceso informático.

Por una parte, todos los elementos físicos o materiales de un ordenador, es decir,todos aquellos elementos que son tangibles, tales como impresoras, pantallas,teclado, circuitería, etc., reciben en informática el nombre global de HARDWARE(soporte físico).

Junto con esta parte material existe otra inmaterial, formada por los programas quedirigen el funcionamiento del ordenador, que recibe el nombre de SOFTWARE


dirigen el funcionamiento del ordenador, que recibe el nombre de SOFTWARE(soporte lógico), y comprende todos los procedimientos y los programas que controlanla actividad del ordenador.

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Hardware

Los elementos físicos (hardware) pueden a su vez diferenciarse en dos tipos:

Componentes internos:Placa base (donde se conectan el resto de componentes)CPU (El procesador, el cerebro del ordenador)Memoria: (Donde almacenamos los datos que se están utilizando)Tarjetas de expansión (Para poder ver vídeos, audio, etc…)

Componentes externos (periféricos):TecladoRatón


RatónMonitorImpresoraEscánerTableta digitalizadoraProyector

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Software

Son los programas y las aplicaciones que podemos instalar en nuestro ordenador.

El software más importante es el llamado Sistema Operativo, que permite laconfiguración y acceso al hardware.

Una vez que lo tengamos instalado podremos ejecutar otras aplicaciones comoantivirus, software de ofimática, herramientas de diseño, juegos, etc…


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3.- El código binario

Seguramente conoces que un ordenador constituye un dispositivo electrónico digital.La palabra “digital” está relacionada con el término “dígito”, que a su vez significaLa palabra “digital” está relacionada con el término “dígito”, que a su vez significa“dedo”.

La etimología de esta palabra proviene de la época en que nuestros antepasadostenían que contar con los dígitos o dedos las piezas que cazaban. De ahí también quelas impresiones que dejan nuestros dedos cuando tocamos un objeto se denominen“huellas digitales”.

Se supone que por la necesidad que tenían esos primeros “homo sapiens” de utilizarlos diez dedos de las manos para contar (recurso que aún utilizan muchos niños e


los diez dedos de las manos para contar (recurso que aún utilizan muchos niños eincluso no muy niños), surgió el sistema numérico que aprendemos desde muytemprano en la escuela, compuesto por diez dígitos o números que van del “0” al “9”.Ese sistema que todos conocemos, se denomina "sistema numérico decimal", o "debase 10".

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Pero en el mundo de las matemáticas el sistema decimal no es único que existe pararealizar cálculos simples o complejos. Coexisten, además, otros sistemas numéricos,realizar cálculos simples o complejos. Coexisten, además, otros sistemas numéricos,prácticamente desconocidos para la mayoría de las gentes, entre los que seencuentran el "sistema numérico hexadecimal", de "base 16", y el "sistema numéricobinario", de "base 2". Este último es el más utilizado en informática y emplea paraefectuar todas las operaciones matemáticas solamente el “0” y “1”, dígitos con loscuales los ordenadores realizan todas las operaciones para las que fueron concebidos.De ahí su denominación de "dispositivos digitales".

El sistema numérico binario fue el escogido por los ingenieros informáticos para elfuncionamiento de los ordenadores, porque era más fácil para el sistema electrónico


funcionamiento de los ordenadores, porque era más fácil para el sistema electrónicode la máquina distinguir y manejar solamente dos dígitos, o sea, el "0" y el "1" quecomponen el sistema numérico binario, en lugar de los diez dígitos (del 0 al 9), queconstituyen el sistema numérico decimal.

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El código binario

Para su funcionamiento, tal como ya se mencionó, el ordenador utiliza el sistemanumérico binario basándose en un código o programa que le sirve para recibir,numérico binario basándose en un código o programa que le sirve para recibir,interpretar y ejecutar los datos. Todos los programas, instrucciones, textos y órdenesque introducimos en el ordenador éste las recibe en código binario como una cadenade ceros y unos. Cada cero (“0”) y cada uno (“1”), representa un “bit” de información.La palabra “bit” constituye el acrónimo de Binary DigIT, que significa “dígito binario”.

Para formar cada carácter alfanumérico, esdecir una letra, número o signo, los ingenierosinformáticos, después de realizar muchaspruebas, optaron por combinar ocho


pruebas, optaron por combinar ochobits o cadena de ceros y unos para formarun “octeto” al que denominaron “byte”.

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Conversión de decimal a binario

Se divide el número del sistema decimal entre 2, cuyo resultado entero se vuelve adividir entre 2, y así sucesivamente. Ordenados los restos, del último al primero, éstedividir entre 2, y así sucesivamente. Ordenados los restos, del último al primero, ésteserá el número binario que buscamos.

Ejemplo: transformar el número decimal 131 en binario.

131 dividido entre 2 da 65 y el resto es igual a 165 dividido entre 2 da 32 y el resto es igual a 132 dividido entre 2 da 16 y el resto es igual a 016 dividido entre 2 da 8 y el resto es igual a 08 dividido entre 2 da 4 y el resto es igual a 0


8 dividido entre 2 da 4 y el resto es igual a 04 dividido entre 2 da 2 y el resto es igual a 02 dividido entre 2 da 1 y el resto es igual a 01 dividido entre 2 da 0 y el resto es igual a 1-> Ordenamos los restos, del último al primero: 10000011

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Conversión de binario a decimal

Ordenamos las potencias de 2, de derecha a izquierda y sumamos los lugares dondetengamos un 1.tengamos un 1.

Ejemplo: El número binario 1010010.

1: 1x64=640: 0x32=01: 1x16=160: 0x8=00: 0x4=01: 1x2=2


1: 1x2=20: 0x1=0

entonces se suman los números 64, 16 y 2:

64+16+2=82

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Codigo ASCII

ASCII es, en sentido estricto, un código de siete bits, lo que significa que usa cadenasde bits representables con siete dígitos binarios (que van de 0 a 127 en base decimal)de bits representables con siete dígitos binarios (que van de 0 a 127 en base decimal)para representar información de caracteres.

El código ASCII define una relación entre caracteres específicos y secuencias de bits.

Al código ASCII extendido es el que utilizamos actualmente y posee 8 bits, ya queequivalen a un byte. Los códigos del 0 al 127, es decir que comienzan por 0, soncomunes a todo el mundo. Los que van del 128 al 255, comienzan por 1, son propiosde cada idioma. Por ejemplo, en España, la letra ñ está en este rango de números, yaque es propio de nuestro idioma.


que es propio de nuestro idioma.

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Codigo ASCII


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Código ASCII


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4.- Arquitectura von Neumman

El nacimiento u origen de la arquitectura Von Neumann surge a raíz de unacolaboración en el proyecto ENIAC del matemático de origen húngaro, John Voncolaboración en el proyecto ENIAC del matemático de origen húngaro, John VonNeumann. Este trabajaba en 1945 en el Laboratorio Nacional Los Álamos cuando seencontró con uno de los constructores de la ENIAC. Compañero de Albert Einstein,Kurt Gödel y Alan Turing en Princeton, Von Neumann se interesó por el problema de lanecesidad de recablear la máquina para cada nueva tarea.

En 1949 había encontrado y desarrollado la solución a este problema, consistente enponer la información sobre las operaciones a realizar en la misma memoria utilizadapara los datos, escribiéndola de la misma forma, es decir en código binario. Su"EDVAC" fue el modelo de las computadoras de este tipo construidas a continuación.


"EDVAC" fue el modelo de las computadoras de este tipo construidas a continuación.Se habla desde entonces de la arquitectura de Von Neumann, aunque también diseñóotras formas de construcción. El primer computador comercial construido en estaforma fue el UNIVAC I, fabricado en 1951 por la Sperry-Rand Corporation y compradopor la Oficina del Censo de Estados Unidos.

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Arquitectura von Neumman

El elemento hardware de un sistema básico de proceso de datos se puede estructuraren tres partes claramente diferenciadas en cuanto a sus funciones:en tres partes claramente diferenciadas en cuanto a sus funciones:

Unidad central de proceso (CPU)Memoria central (RAM)Unidades de entrada/salida (periféricos)


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Unidad Central de Proceso (CPU)

La unidad central de proceso (CPU) es un elemento esencial de cualquier ordenador yaque tiene como misión ejecutar las instrucciones de un programa.que tiene como misión ejecutar las instrucciones de un programa.

La CPU también se conoce con el nombre de procesador central.

Físicamente está formado por circuitos de naturaleza electrónica que en un ordenadorse encuentran integrados en una pastilla o chip denominada microprocesador.

Se compone de dos partes.

Unidad Aritmético Lógica que realiza todas las operaciones de cálculo


Unidad Aritmético Lógica que realiza todas las operaciones de cálculoUnidad de Control que realiza la búsqueda e interpretación de las instrucciones.

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Unidad de Control (CPU)

Es el centro nervioso de la computadora ya que desde ella se controlan y gobiernantodas las operaciones.todas las operaciones.

La misión fundamental de esta unidad es recoger las instrucciones que componen unprograma, interpretarlas y controlar su ejecución.

Para ello utiliza cinco registros:

Contador de Programa (CP): Dirección de memoria de la siguiente.Registro de Instrucciones (RI): Instrucción que se está ejecutando.Decodificador (D): Extrae el código de operación de la instrucción lo analiza y emite


Decodificador (D): Extrae el código de operación de la instrucción lo analiza y emitelas señales necesarias para su ejecución a través del secuenciador.Secuenciador (S): Órdenes muy elementales (microórdenes) que hacen que se vayaejecutando poco a poco la instrucción.Reloj (R): marca los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de queconsta cada instrucción.

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Unidad Artimético-lógica (ALU)

Esta unidad es la encargada de realizar las operaciones elementales de tipo:Aritmético (sumas, restas, productos y divisiones)Aritmético (sumas, restas, productos y divisiones)Lógico (comparaciones).

Utiliza cuatro registros:

Circuito Operacional (COP): Contiene los circuitos necesarios para la realización delas operaciones. Tiene unas entradas de órdenes para seleccionar la clase deoperación.Registro de Estado (RES): Es un conjunto de biestables en los que se deja constanciade algunas condiciones que se dieron en la última operación.


de algunas condiciones que se dieron en la última operación.Registros de Entrada (REN1 y REN2): En estos registros se almacenan los datos uoperandos que intervienen en una instrucción.Registro Acumulador (AC): Sirve para almacenar los resultados de las operacionesefectuadas por el Circuito Operacional.

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Memoria Central (RAM)

La memoria central es la unidad donde están almacenadas las instrucciones y losdatos necesarios para poder realizar un determinado proceso.datos necesarios para poder realizar un determinado proceso.

Está construida por multitud de celdas o posiciones de memoria, numeradas deforma consecutiva.

A la numeración de las celdas se denomina dirección de memoria y mediante estadirección se puede acceder de forma directa .

Palabra: cantidad de información que puede introducirse o extraerse de la memoriacentral de una sola vez. (16, 32 o 64 Bits).


central de una sola vez. (16, 32 o 64 Bits).

Utiliza tres registros.

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Memoria Central (RAM)

Registro de Dirección de Memoria (RDM)Dirección de la celda que se va a utilizar en la operación, bien para grabar o leer datos.Dirección de la celda que se va a utilizar en la operación, bien para grabar o leer datos.

Registro de Intercambio de Memoria (RIM)Lectura: recibe el dato de la memoria señalado por el RDM.Escritura: la información que hay que grabar procedente de cualquier unidad funcional

Selector de memoriaDispositivo que se activa cada vez que se produce una orden de lectura o escritura,conectando la celda de memoria, cuya dirección figura en el RDM, con el RIM yposibilitando la transferencia de los datos en un sentido o en otro.


posibilitando la transferencia de los datos en un sentido o en otro.

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El Bus del Sistema

Un bus es una vía de comunicación que conecta dos o más dispositivos.

La principal característica de un bus es que es un medio de transmisión compartido.

Al bus se conectan múltiples dispositivos, y una señal transmitida por cualquiera deellos puede ser recibida por todas las otras unidades conectadas.

Funciones de un bus:Soportar la información a transmitir.Garantizar la correcta comunicación entre los elementos que comparten el bus.


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Las Instrucciones

Una instrucción se puede ver como una cadena de bits que se agrupan en campos contamaños diferentes.tamaños diferentes.

Las instrucciones que es capaz de realizar la UCP se denominan instruccionesmáquina.

El lenguaje que se utiliza para su codificación es el lenguaje máquina y, de acuerdo consu función, se clasifican en:

Instrucciones de transferencia de datos. Transfieren datosInstrucciones aritméticas, lógicas y de comparación. Operaciones


Instrucciones aritméticas, lógicas y de comparación. OperacionesInstrucciones de transferencia de control. Secuencia de ejecuciónInstrucciones de gobierno. Controlan estado CPU

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