Evolución del Computador
Antecedentes históricos
Máquinas mecánicas: las computadoras de Charles Babbage
Máquinas electromecánicas: el computador de Konrad Zuse
Generaciones tecnológicas
Primera generación: válvulas
Segunda generación: transistores
Tercera generación: circuitos integrados
Cuarta generación: microprocesadores
¿Quinta generación?: el microprocesador como
elemento básico
Antecedentes históricos
Primer reto: operaciones básicas
El ábaco: primer instrumento
para calcular.
Tablilla dividida en varias
columnas. Cada una con un
conjunto de cuentas
engarzadas en una varilla.
Su origen se remonta a los
siglos III o IV a. de C.
Sigue en uso
Máquina aritmética
Desarrollada por Blas Pascal (1642, a los 18 años)
Constaba de un conjunto de ruedas dentadas, cada una de ellas numerada del 0 al 9. Al pasar una rueda del 9 al 0 avanzaba un diente
de rueda a la siguiente.
Máquina Mecánica. Charles Babbage (1791-1871)
“Uno de los padres del computador actual”
“Adelantado” para la tecnología de la época
Consta de una memoria, una unidad aritmética, sistema de engranajes para transferir datos entre memoria y la unidad aritmética y un dispositivo para introducir y sacar datos de la máquina
Empleaba tarjetas perforadas para Programarse
Antecedentes históricos
Máquina Electromecánicas
Herman Hollerith (1860-1929). Censo de los Estados Unidos
Tarjetas perforadas
Crea la empresa (TMC) que da lugar a IBM
Konrad Zuse
Construye (1941) el primer calculador universal programable (Z3).
Trabaja en binario.
Computador MARK-I Howard Aiken
Evolución:
Mark-II máquina de relés
Mark-III y Mark-IV máquinas de tubos de vacío con
programa almacenado.
Antecedentes históricos
1ª Generación: válvulas de vacío
Velocidad de proceso en ms.
Disipación calorífica muy elevada
Gran tamaño y poca capacidad
Lenguaje máquina
Monoprogramación
Sin sistema operativo
1ª Generación: válvulas de vacío
Colossus: grupo de científicos ingleses con Alan
Turin (1943). Ayudó a descifrar el código
enigma de los alemanes.
ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator.
Eckert y Mauchly (1941)
1er computador electrónico de propósito general.
Programa cableado
Cálculo de tablas de fuego de artillería
Operativo durante la II Guerra Mundial. Conocido en 1946
1ª Generación: válvulas de vacío
ENIAC Características:
30 Tm
18.000 tubos de vacío
100 Kw
100 Khz
Operaciones: suma,
resta, multiplicación y
división (suma: 200µs)
20 registros de 10
dígitos (2 pies/registro)
Entrada/Salida de datos:
Tarjetas perforadas
1ª Generación: válvulas de vacío
EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)
Eckert-Mauchly-von Neumann
Bases de la Arquitectura von Neumann
Programa almacenado
Tubos de vacío
Aritmética binaria
5 unidades: Entrada, Memoria, UAL, Control, Salida
UNIVAC I – Remington-Rand Co. (Eckert-Mauchly Computer Co.)
1er computador comercial con éxito. 1951
48 sistemas, 250.000 $
2ª Generación: transistores (1948)
Menor tamaño, menor disipación de calor, mayor fiabilidad
Primeros lenguajes de alto nivel:
FORTRAN
COBOL
ALGOL
Sistema Operativo
Extensión de los computadores comerciales
2ª Generación: transistores
Innovadores, con poca repercusión comercial:
UNIVAC LARC
IBM STRETCH (o 7030)
Burroughs D-825
ATLAS
Comerciales:
CDC 1604 y 3600
IBM 1410
PDP 1 de DEC
Serie 1100 de Univac
3ª Generación: circuitos integrados
Menor tamaño, más baratos, menor consumo de energía
Primera familia de computadores, compatibles a nivel de
arquitectura: IBM360
Supercomputadores: 6600 de Control Data (Cray).
Minicomputadores:
PDP-8 y PDP-11
Sistemas Operativos:
Multiprogramación, tiempo compartido
Lenguajes: alto nivel estructurado (Dijkstra, 1968)
4ª Generación: microprocesadores VLSI
Microprocesadores y
memorias de
semiconductor.
1971: 1er microprocesador,
INTEL 4004 (4 bits)
8 bits: Intel 8080-85,
Motorola 6800 y Zilog Z-80
16 bits: Intel 8086-88,
Motorola 68000 y Z-8000
32 bits: Intel 80386,
Motorola 68030
Computadores personales y
estaciones de trabajo
Válvula, transistor, circuito integrado, microprocesador
4ª Generación: microprocesadores VLSI
Otras aplicaciones: electrodomésticos, equipos de
música y vídeo, etc.
Arquitectura RISC (MIPS R2000, SPARC)
Supercomputadores: computadores paralelos
Lenguajes de programación: C y Ada
Sistemas Operativos. Estandarización: UNIX
Interfaces gráficas
Generalización de las redes de computadores
¿5ª Generación?: microprocesadores
El microprocesador como elemento básico
La computación masivamente paralela
La comunicación y las conexiones entre
computadores como algo generalizado.
Internet. Correo electrónico. World Wide
Web….
Los ordenadores actuales
Integrados con millones de transistores
Velocidades > GHz
UAL y UC Microprocesador o CPU
Memoria Principal (capacidad > Giga)
Unidad de E/S en chipsets
Diversidad y compatibilidad de periféricos (USB)
Interconectividad de sistemas
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
Cualquier computadora es parte de un sistema, Un sistema de computo consta de cuatro partes:
HARDWARE, conocido como la computadora
SOFTWARE, conocido como los programas
DATOS, los cuales son convertidos por el sistema en información, los datos computarizados son digitales (dígitos o números). Un archivo es un conjunto de datos que se le ha dado un nombre: trabajo.doc, foto.jpg, musica.mp3, programa.c, datos.txt
PERSONAS, conocidos como los usuarios
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
HARDWARE, tiene muchas partes, pero cada pieza cae en una de las siguientes:
Procesador (CPU : Central Processing Unit )
Memoria
Dispositivos de entrada y salida
Dispositivos de almacenamiento
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
HARDWARE, “Arquitectura de von Neumann” :
Soporta el concepto del programa almacenado, un concepto teórico muy importante que fue establecido por el matemático John von Neumann el 30 de junio de 1945, tanto el programa como sus datos son almacenados en la memoria del computador.
Estos elementos están interconectados a través de un conjunto de líneas que llevan instrucciones (control bus), datos (data bus) y que permiten dar los valores de direcciones de memoria y dispositivos (memory bus).
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
HARDWARE, “Arquitectura de von Neumann” :
Soporta el concepto del programa almacenado, un concepto teórico muy importante que fue establecido por el matemático John von Neumann el 30 de junio de 1945, tanto el programa como sus datos son almacenados en la memoria del computador.
Estos elementos están interconectados a través de un conjunto de líneas que llevan instrucciones (control bus), datos (data bus) y que permiten dar los valores de direcciones de memoria y dispositivos (memory bus).
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
PROCESADOR (CPU) es el cerebro de la computadora, organiza y lleva a cabo las instrucciones del usuario o del software
Pueden ser uno o mas microprocesadores conectados a una tarjeta de circuitos , todos sobre una tarjeta denominada Madre, que los conecta entre si.
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
PROCESADOR (CPU)
Consiste de tres unidades principales:
Unidad Aritmética/Lógica (ALU): La ALU es donde se realizan todas las operaciones que involucran un procesamiento matemático (particularmente aritmético) o lógico (operaciones booleanas).
Registros: Los registros permiten el almacenammiento de datos para estas operaciones y sus resultados.
Unidad de Control (CU): En la CU es donde se ejecutan todo el resto de las operaciones (decisión, control, movimiento de datos).
Una CPU con todos estos elementos implementada en un solo chip recibe el nombre de microprocesador.
Cada 18 meses se duplica el poder de computo de los micro procesadores basados en la tecnología del silicio
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
PROCESADOR (CPU) Velocidad de procesamiento – Poder de computo
Ley de Moore: Honor a Gordon Moore, fundador de Intel.
El poder de computo se duplica cada 18 meses
Esto es debido a que cada 18 meses, el avance en la tecnología de silicio ha permitido colocar mas transistores en chips mas pequeños, hoy día se cuentan por millones, versus, a principios de los 70’s de solo miles.
http://www.intel.com
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
PROCESADOR (CPU) Velocidad de procesamiento – Poder de computo
Ley de Moore: Honor a Gordon Moore, fundador de Intel.
El número de transistores de un chip se duplica cada dos años.
Si el Hierro fue la materia prima del siglo XIX, .. el Silicio es la del siglo XX….
Pero la Ley de Moore también significa costes en descenso. A medida que los ingredientes de las plataformas y los componentes basados en el silicio obtienen más rendimiento, resulta exponencialmente más barato fabricarlos y, por consiguiente, son más abundantes, más potentes y están más integrados en nuestra vida cotidiana.
Los microprocesadores de hoy día equipan todo tipo de artículos, desde juguetes hasta semáforos. Una tarjeta de cumpleaños musical que cuesta unos cuantos bolívares hoy día tiene más capacidad de proceso que los grandes ordenadores más rápidos de hace décadas.
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
PROCESADOR (CPU) Velocidad de procesamiento – Poder de computo
Ley de Moore: Honor a Gordon Moore, fundador de Intel.
El número de transistores de un chip se duplica cada dos años.
Esto ha dado como resultado ganancias en el desempeño e incremento en la velocidad. Pero no solo esto determina la velocidad de un chip, sino otros factores como el Reloj, los buses de datos la memoria caché y el coprocesador matemático.
La velocidad de un procesador se mide en Megahertz, los megahertz indican la velocidad del reloj interno que posee todo microprocesador.
Un Pentium 4 tiene una velocidad de 3.0 GHz (GHz = 1000 MHz )
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
DATOS: son convertidos por el sistema en información,
los datos computarizados son digitales (dígitos o números).
Los datos se representan utilizando únicamente los símbolos ‘0’ y ‘1’
‘0’ y ‘1’ son llamados BITS ( BInary digiTS )
Un conjunto de 8 bits se denomina byte (octeto, de ocho)
Con “8” bits, pueden representarse 2 a la 8, combinaciones:
podemos crear 256 combinaciones diferentes de octetos con 0 y 1
El código ASCII (American Standard Code for Information Interchange):
representación de caracteres y símbolos de forma electrónica, en combinaciones de 8 bits.
Incluye códigos para las letras del alfabeto (minúsculas y mayúsculas), los dígitos decimales, 32 caracteres especiales y caracteres de control.
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
DATOS: los datos computarizados son digitales (dígitos o números).
Usar estándares requiere disciplina y a veces restringe la creatividad. Sin embargo, es muy útil para la comunicación entre usuarios. Internet requiere aún más enfoque en estándares, porque se trata en muchos casos de usuarios de idiomas diferentes. Las personas que tuvieron la visión de internet, trataron de establecer un plataforma de comunicación global. Usar estándares es una forma de cumplir este objetivo
Ejemplo:
Código ASCII carácter o símbolo que representa byte
64 @ 00100000
65 A 00100001
Recuerden, en el sistema numérico decimal:
123 base 10 = 1x 10^2 + 2 x 10^1 + 3 x 10^0 = 100 + 20 + 3
De igual manera en el sistema numérico binario:
100000 base 2 = 1 x 2^6 + 0 x 2^5 + 0 x 2^4 + 0 x 2 ^3 + 0 + 0 + 0 = 64
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
MEMORIA, Los programas se cargan y se corren desde la memoria.
Los datos usados por el programa también se cargan en memoria para un acceso rápido.
La unidad de medición para describir la memoria es el byte ( 8 bits )
Es decir la capacidad de almacenar datos se mide en el numero de bytes que puede almacenar
Kilobyte (KB) = 2 ^ 10 bytes = 1024 bytes, aprox 1000 bytes
Megabyte (MB)= 2 ^ 20 bytes = 1048576 bytes, aprox 1000 KB
Gigabyte (GB)= 2 ^ 30 bytes = 1073741824 bytes, aprox 1000 MB
Hay dos tipos de memoria:
RAM ( Random Access Memory)
Se usa para cargar programas y datos mientras están en uso, pues permite un acceso mas rápido entre ella y el CPU.
Son chips volátiles, al apagar el computador se borran los datos
ROM ( Read Only Memory )
Se usa para mantener información de manera permanente, esto se realiza en fabrica, y no son volátiles, por ejemplo, datos de arranque del computador.
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDA.
Los dispositivos de entrada aceptan los datos del usuario:
Teclado, ratón, escaners, cámaras digitales, micrófonos, etc
Los dispositivos de salida devuelven los datos procesados por el usuario:
Pantalla o monitor, la impresora, cornetas
Los dispositivos de entrada/salida:
Permiten la comunicación en las dos vías: módems, conectividad en redes, etc.
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
ALMACENAMIENTO.
El propósito del almacenamiento, es guardar de manera permanente nuestros datos o programas.
Diferencias entre almacenamiento y memoria:
1 Hay mas lugar en el almacenamiento que en la memoria
2 Los contenidos son conservados en el almacenamiento cuando la computadora se apaga
3 El almacenamiento es mucho mas barato que la memoria
El dispositivo que contiene un disco se llama unidad de disco
Ejemplos:
Disco duro : disco construido dentro del computador no removible, con gran capacidad
Unidad de diskettes: permite leer/grabar datos en discos flexibles de diferentes formatos.
Unidad de CD RW: permite leer/grabar datos en unidades de CD
Unidades de diferentes formatos de discos ópticos, microdrive, flashcard, etc.
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
SOFTWARE: Permite a la computadora realizar una tarea determinada
Programa: conjunto especifico de instrucciones electrónicas que dirigen a una computadora a realizar una tarea especifica.
SOFTWARE DEL SISTEMA:
Sistema Operativo: Le dice a la computadora como interactuar con el usuario y como usar los dispositivos
SOFTWARE DE APLICACIÓN:
Otros programas que ayudan a la gente a realizar tareas especificas, desde procesamiento de palabras (Word), hasta para interactuar en la WEB !!
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
SISTEMA OPERATIVO S.O.
Conjunto de programas que se encargar de realizar la administración de todos los recursos que posee un computador
Permiten que el desarrollo de nuevos programas o aplicaciones se independice del tipo de Hardware, Portabilidad
COMANDO: Significa mandato, orden
El usuario interactúa con el S.O a través de Comandos !!
Pueden ser:
Líneas de Comando: como en UNIX, DOS, LINUX
Entorno TEXTO-GRAFICO: como en MS-WINDOWS, OPENWINDOWS, AMBIENTES GRAFICOS DE LINUX DE LA COMUNIDAD DE OPEN SOURCE
Tareas del S.O.
ORGANIZA Y ADMINISTRA LOS MEDIOS DE ALMACENAMIENTO
DIRECTORIOS: Entidades logicas para organizar jerarquicamente la ubicación de la informacion. Se usan comandos para crear Directorios
ARCHIVOS: Entidades logicas que contiene informacion diversa, creada por la aplicación o el usuario. Como archivos de texto, imágenes, musica, video. Con comandos del S.O las guardamos en Directorios
ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR
SOFTWARE DE APLICACION:
Aplicaciones: es un conjunto de programas que llevan a cabo tareas especificas tales como: Manejo de base de datos, Procesadores de texto, Diseño grafico, control de procesos, sistemas de finanzas, planillas de calculo, etc.
Sistemas de desarrollo: Son conjuntos de programas, que implementan una tecnología de desarrollo, para generar nuevas aplicaciones.
– Implementados usando Lenguajes de programación
LENGUAJES DE PROGRAMACION
Nivel de abstracción
– Lenguajes de 1er nivel (bajo nivel): código de maquina
– Lenguajes de 2do nivel (bajo nivel): Uso de Ensamblador
– Lenguajes de 3er nivel (alto nivel): Uso de traductores tipo “interpretadores o compiladores. ( Lenguajes Pascal, Fortran, C, Basic, C++, Prolog, Lisp, Cobol, PL1, Ada, Java, HTML, XML, etc)
Lenguajes de 1er Nivel
Lenguaje de máquina, binario
Ejecuta acciones directas en el CPU
Instrucciones del tipo “1001001100101”
Como recordar esto?
Prácticamente nadie trabaja hoy a este nivel, excepto los diseñadores de "chips" procesadores.
Lenguajes de Programación
Lenguajes de 2do Nivel
lenguaje más comprensible: por el hombre consiste por lo tanto en establecer la equivalencia de bloques binarios con signos de nuestro lenguaje habitual
Comandos del tipo “ADC” (ADd with Carry)
Se llama ENSAMBLADOR, el prog que traduce los comandos al lenguaje de máquina
Progreso en la redacción de comandos
Muy atado al tipo de CPU de la máquina
Lenguajes de Programación
Lenguajes de 3er Nivel
Lenguajes de "alto nivel", es decir más cercanos al modo de expresar del hombre que de la operación de la máquina.
El programador manipula entidades lógicas abstractas, sin los detalles de su implementación a nivel de maquina
Más fáciles de manejar y más independientes de las características técnicas de los procesadores
Redactar un programa, sin tener que preocuparse por el código binario o de ensamble
Lenguajes de Programación
Lenguajes de 3er Nivel
Necesita un programa “traductor”, que transforma los bloques del lenguaje en bloques binarios
El avance en el desarrollo de "compiladores" e "intérpretes" (los dos tipos de programas traductores) ha sido por lo tanto fundamental en el desarrollo de los lenguajes de alto nivel
Ventajas: facilidad de aprendizaje, lectura/escritura, corrección, transformación y conversión de un lenguaje a otro.
Lenguajes de Programación
FORTRAN ( FORmula TRANslation)
1953, Job Backus, un empleado de IBM propuso el desarrollo de un nuevo lenguaje de programación, el Fortran. Por aquella época, todos los programadores escribían en ensamblador
Fue el primer lenguaje de alto nivel: fue desarrollado por IBM y su primera versión se lanzo en 1957.
Se caracteriza por su potencia en los cálculos matemáticos pero está limitado en lo relativo al tratamiento de datos no numéricos
Lenguajes de Programación
ALGOL ( ALGOrithmic Lenguage)
Primer lenguaje creado por un comité internacional (GAMM y ACM).
En 1960 se reunieron representantes de varios países europeos y de Estados Unidos para crear un lenguaje destinado a "describir procesos" mediante instrucciones de control (iteraciones y alternaciones) de nivel más elevado que las existentes en las versiones existentes de su predecesor, el FORTRAN.
Lenguajes de Programación
Lenguajes de Programación
Lenguajes de Programación
C ( después de B …)
Creado en 1972 por Dennis Ritchie, que junto con Ken Thompson habían diseñado anteriormente el sistema operativo UNIX, y su intención al desarrollar el lenguaje C fue conseguir un lenguaje idóneo para la programación de sistemas que fuese independiente de la máquina para utilizarlo en la implementación del sistema operativo UNIX .
Se creó para superar las limitaciones del lenguaje B, utilizado por Ken Thompson para producir la versión original de UNIX en 1970.
Lenguaje de Programación C
El C es un lenguaje moderno de propósito general que combina las características de un lenguaje de alto nivel (programación estructurada, tipos y registros de datos, recursividad, etc.) con una serie de características más propias de lenguajes de mas bajo nivel
Su definición apareció en 1978 en el libro
"The C programming Language"
Brian W. Kernighan y Dennis M. Ritchie
(Ed. Prentice-Hall)
Lenguaje de Programación C
En 1983 se establece un comité para resolver las discrepancias de varias versiones de C, el cual empezó a trabajar en un estándar ANSI C, la cual fue completada en 1988. Este estándar incluye una enorme biblioteca de funciones para entrada/salida, tratamiento de textos, funciones matemáticas, etc
Documentada en:
1988. "The C Programming Language-Reference Manual”
Dennis M. Ritchie (Lab.Bell)
ANSI ( American National Standard Institute)
Lenguaje de Programación C
Lenguaje de Programación C
CARACTERISTICAS
Programación estructurada
Economía de las expresiones
Abundancia de operadores y tipos de datos
Codificación en alto nivel y bajo nivel.
No esta orientado a ningún área en especial
Producción de código objeto altamente optimizado