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Introducción a los sistemas informáticos




Enviado por Pablo Turmero



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    1 1. Organización de un ordenador 2. Hardware de un
    ordenador 3. Software (programas) 4. Lenguajes de
    programación 5. Fases en la resolución de problemas
    con un programa 6. Breve historia de los lenguajes de
    programación de alto nivel

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    2 1. Organización de un ordenador Los primeros son de la
    década de los 40.

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    3 Los primeros PC aparecen en los 80. Los ordenadores transforman
    datos para obtener a la salida una información. Los datos
    de entrada y de salida pueden estar en formatos muy diversos. Es
    necesario hardware y software.

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    4 2. Hardware de un ordenador Los componentes más
    importantes son:

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    5 2.1 El procesador (CPU) Ejecuta las instrucciones del programa.
    Se encuentra integrado en un chip ? microprocesador Instrucciones
    sencillas a muy alta velocidad (~µs) Consta de dos partes :
    Unidad Aritmético Lógica (ALU) Unidad de Control
    (UC) Ejemplo de un programa que suma dos números: leer (a)
    leer (b) r=a+b Imprimir (r)

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    6 2.2 Memoria Se clasifica en: Memoria principal, interna,
    central o memoria RAM Memoria de almacenamiento secundario,
    externa o auxiliar

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    7 Memoria pincipal Se conoce como memoria RAM, aunque está
    formada por dos tipos de memorias: Memoria RAM (Random Access
    Memory o Memoria de Acceso Aleatorio). Memoria ROM (Read Only
    Memory o Memoria de sólo lectura).

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    8 Memoria RAM de la memoria principal Es una memoria
    volátil. Se puede leer y escribir en cualquier
    dirección. La memoria RAM tiene dos partes: Memoria de
    programa Memoria de datos Tipos: SDR SDRAM, DDR SDRAM, DDR 2
    SDRAM, DDR 3 SDRAM Y RDRAM. Valores típicos son 1 GB, 2GB
    o 4GB. Tiempo de acceso: del orden de ns.

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    9 Memoria ROM de la memoria principal No es volátil. Es
    sólo de lectura; ya viene de fábrica grabada. Se
    encuentra en un chip llamado BIOS. Es una pequeña parte de
    la memoria principal. Almacena las instrucciones necesarias para
    arrancar el ordenador.

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    10 La memoria caché es una memoria que sirve de
    almacenamiento intermedio entre el procesador y la memoria
    principal. La memoria caché es memoria SRAM; más
    rápida pero también mucho más cara que la
    memoria principal. Se utiliza para almacenar temporalmente la
    información que se utiliza con más
    frecuencia.

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    11 Memorias de almacenamiento secundario Almacenan datos o
    programas de forma permanente. Para su uso deben pasar a la
    memoria principal. Esta operación se realiza mediante
    órdenes al sistema operativo. Es más lenta que la
    memoria principal ya que está formada por componentes
    electrónicos y mecánicos. Por ejemplo: discos
    duros, DVD, disquetes …

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    12 2.3 Dispositivos de E/S Permiten la comunicación entre
    el usuario y el ordenador Dispositivos de entrada: teclado,
    ratón, lápiz óptico, joystick, lector de
    códigos de barras, escáner,
    micrófono… Dispositivos de salida: Pantalla,
    impresora, trazador gráfico o plotter, reconocedores de
    voz, altavoces… Dispositivos de entrada/salida: monitor
    táctil, tarjeta de red, impresora
    multifunción… Los dispositivos de E/S y los
    dispositivos de almacenamiento secundario se llaman dispositivos
    periféricos o simplemente periféricos.

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    13 /* MEMORIAS*/ Bit: 0 o 1, es la unidad elemental de memoria
    (b). Byte: son 8 bits (B). Una dirección es un
    número que nos indica una &. Una palabra es el
    contenido de una dirección de memoria. Valores
    típicos son 8, 16, 32 o 64 bits. Cuando escribimos en una
    dirección de memoria se borra lo que había antes.
    En la ejecución de un programa, en una misma
    dirección de memoria, se pueden almacenar distintos
    valores:

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    14 /* Programa que calcula an*/ leer(a) leer(n) r=1
    mientras(n>0) {r=r*a n=n-1} imprimir(r)

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    15 El tamaño de una memoria se calcula multiplicando el
    nº de palabras por el tamaño de las palabras. En las
    memorias se utilizan las siguientes unidades: 1 K (Ka)= 210 1M
    (Mega)= 220 1G (Giga)=230 1T (Tera) =240

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    16 2.4 Memorias de almacenamiento secundario La memoria RAM es
    volátil y limitada. E tiempo de acceso a la
    información es mayor que en la memoria principal. Tiene
    mayor capacidad de almacenamiento que la memoria principal.
    También se conocen como memorias auxiliares o externas.
    Las más conocidas son: Cintas magnéticas Discos
    magnéticos: discos duros y disquetes Discos
    ópticos: CD y DVD Discos duros virtuales Discos
    flash

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    17 Cintas magnéticas Son los primeros dispositivos de
    almacenamiento secundario que se usaron. Se siguen utilizando
    para hacer copias de seguridad o para bases de datos en grandes
    ordenadores. Ventaja: gran capacidad de almacenamiento a bajo
    coste. Desventaja: acceso secuencial Cuanto mayor es la
    capacidad, mayor es la longitud y mayor el tiempo de
    acceso.

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    18 Discos magnéticos Tipos: Discos duros Discos flexibles
    o disquetes Ventaja: acceso aleatorio

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    19 Disquetes Material flexible Ventajas: transportabilidad,
    precio y compatibilidad con otros ordenadores Desventajas: baja
    capacidad (1.44MB) y baja fiabilidad Los primeros disquetes eran
    de 8’’ (pulgadas) Luego aparecieron los de 5 1/4
    (5.25’’) de 360KB a 1,2 MB Hoy en día son de
    3,5’’ y 1.44MB Cada vez su uso es menor

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    20 Discos duros Aparecen en la década de los 80 con una
    capacidad de 10MB. Están constituidos por material
    rígido sobre el que se deposita una capa de material
    magnetizable. Ventajas frente a los disquetes: capacidad de
    almacenamiento y tiempos de acceso a los datos. Cada vez son
    más pequeños y de mayor capacidad. Valores
    típicos son 120GB, 500 GB, 1 TB… Tipos: Fijos:
    dentro de una carcasa sellada y no se pueden extraer del
    ordenador. Extraíbles: internos y externos.

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    21 Las partes de un disco duro son: La unidad es un conjunto de
    componentes electrónicos y mecánicos que hacen
    posible el almacenamiento y recuperación de los datos en
    el disco. El disco es, en realidad, una pila de discos, llamados
    platos, que almacenan información magnéticamente.
    Cada uno de los platos tiene dos superficies magnéticas,
    caras: la superior y la inferior. Estas superficies
    magnéticas están formadas por millones de
    pequeños elementos capaces de ser magnetizados positiva o
    negativamente. De esta manera, se representan los dos posibles
    valores que forman un bit de información (un cero o un
    uno).

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    22

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    23 Cada cara tiene asignado uno de los cabezales de
    lectura/escritura de la unidad. Los cabezales no pueden tocar la
    superficie del discos; se sitúan a µm. El conjunto
    de cabezales se puede desplazar linealmente desde el exterior
    hasta el interior de la pila de platos mediante un brazo
    mecánico que los transporta. Para que los cabezales tengan
    acceso a la totalidad de los datos, es necesario que la pila de
    discos gire. Este giro se realiza a velocidad constante y no cesa
    mientras esté encendido el ordenador. En cambio, en los
    discos flexibles sólo se produce el giro mientras se
    está efectuando alguna operación de lectura o
    escritura. El resto del tiempo, la disquetera permanece en
    reposo. Con las unidades de CD-ROM ocurre algo similar, sin
    embargo en este caso la velocidad de giro no es constante y
    depende de la distancia al centro del dato que se esté
    leyendo.

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    24 Operación de lectura en el disco duro: Desplazar los
    cabezales de lectura/escritura hasta el lugar donde empiezan los
    datos. Esperar a que el primer dato, que gira con los platos,
    llegue al lugar donde están los cabezales. Leer el dato
    con el cabezal correspondiente. La operación de escritura
    es similar. En lugar de leer la información los cabezales
    de lectura/escritura magnetizan positiva o negativamente.

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    25 Cada una de las caras se divide en anillos concéntricos
    llamados pista. Un cilindro es la misma pista de todos los
    discos. Además, cada pista se divide en sectores. Los
    sectores son las unidades mínimas de información
    que puede leer o escribir un disco duro. Generalmente, cada
    sector almacena 512 bytes de información.

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    26 El número total de sectores de un disco duro se puede
    calcular: nº sectores = nº caras * nº pistas/cara
    * nº sectores/pista. Por tanto, cada sector queda
    unívocamente determinado si conocemos los siguientes
    valores: cabezas, cilindros y sectores. Por ejemplo, el disco
    duro ST33221A de Seagate tiene las siguientes especificaciones:
    cilindros = 6.253, cabezas = 16 y sectores = 63. El número
    total de sectores direccionables es, por tanto, 6.253*16*63 =
    6.303.024 sectores. Si cada sector almacena 512 bytes de
    información, la capacidad máxima de este disco duro
    será de 6.303.024 sectores * 512 bytes/sector =
    3.227.148.228 bytes ~ 3 GB. Las cabezas y cilindros comienzan a
    numerarse desde el cero y los sectores desde el uno. En
    consecuencia, el primer sector de un disco duro será el
    correspondiente a la cabeza 0, cilindro 0 y sector 1.

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    27 La estructura lógica de un disco duro está
    formada por: El sector de arranque (Master Boot Record) Espacio
    particionado Espacio sin particionar

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    28 El sector de arranque es el primer sector de todo disco duro
    (cabeza 0, cilindro 0, sector 1). En él se almacena la
    tabla de particiones y un pequeño programa master de
    inicialización, llamado también Master Boot. Este
    programa es el encargado de leer la tabla de particiones y ceder
    el control al sector de arranque de la partición activa.
    Si no existiese partición activa, mostraría un
    mensaje de error. El espacio particionado es el espacio del disco
    que ha sido asignado a alguna partición. El espacio no
    particionado, es espacio no accesible del disco ya que
    todavía no ha sido asignado a ninguna
    partición.

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    29 Ejemplo: un disco duro con espacio particionado (2 particiones
    primarias y 2 lógicas) y espacio todavía sin
    particionar.

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    30 El caso más sencillo consiste en un sector de arranque
    que contenga una tabla de particiones con una sola
    partición, y que esta partición ocupe la totalidad
    del espacio restante del disco. En este caso, no existiría
    espacio sin particionar. Como mínimo, es necesario crear
    una partición para cada disco duro. Esta partición
    puede contener la totalidad del espacio del disco duro o
    sólo una parte.

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    31 Particiones y directorios permiten organizar datos en un mismo
    disco duro. Diferencias entre particiones y directorios: 1ª)
    Las particiones son divisiones de tamaño fijo del disco
    duro; los directorios son divisiones de tamaño variable de
    la partición. 2ª) Las particiones ocupan un grupo de
    cilindros contiguos del disco duro (mayor seguridad); los
    directorios suelen tener su información desperdigada por
    toda la partición. 3ª) Cada partición del
    disco duro puede tener un sistema de archivos (sistema operativo)
    distinto; todos los directorios de la partición tienen el
    sistema de archivos de la partición.

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    32 Las razones que nos pueden llevar a crear más de una
    partición por disco se suelen reducir a tres: Razones
    organizativas: Un ordenador que es compartido por más de
    un usuario y, con objeto de lograr una mejor organización
    y seguridad de sus datos deciden utilizar particiones separadas.
    Instalación de más de un sistema operativo. Debido
    a que cada sistema operativo requiere (como norma general) una
    partición propia para trabajar, si queremos instalar dos
    sistemas operativos a la vez en el mismo disco duro (por ejemplo,
    Windows 98 y Linux), será necesario particionar el disco.
    Razones de eficiencia. Por ejemplo, suele ser preferible tener
    varias particiones FAT pequeñas antes que una gran
    partición FAT. Esto es debido a que cuanto mayor es el
    tamaño de una partición, mayor es el tamaño
    del grupo (cluster) y, por consiguiente, se desaprovecha
    más espacio de la partición.

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    33 Las particiones pueden ser de dos tipos: primarias o
    lógicas. Las particiones lógicas se definen dentro
    de una partición primaria especial denominada
    partición extendida. En un disco duro sólo pueden
    existir 4 particiones primarias (incluida la partición
    extendida, si existe). Las particiones existentes deben
    inscribirse en una tabla de particiones de 4 entradas situada en
    el primer sector de todo disco duro. De estas 4 entradas de la
    tabla puede que no esté utilizada ninguna (disco duro sin
    particionar, tal y como viene de fábrica) o que
    estén utilizadas una, dos, tres o las cuatro entradas. En
    cualquiera de estos últimos casos (incluso cuando
    sólo hay una partición), es necesario que en la
    tabla de particiones figure una de ellas como partición
    activa. La partición activa es aquella a la que el
    programa de inicialización (Master Boot) cede el control
    al arrancar. El sistema operativo de la partición activa
    será el que se cargue al arrancar desde el disco
    duro.

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    34 Conclusiones: Para que un disco duro sea utilizable debe tener
    al menos una partición primaria. Además para que un
    disco duro sea arrancable debe tener activada una de las
    particiones y un sistema operativo instalado en ella. Esto quiere
    decir que el proceso de instalación de un sistema
    operativo en un ordenador consta de la creación de su
    partición correspondiente, instalación del sistema
    operativo (formateo de la partición y copia de archivos) y
    activación de la misma.

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    35 No es posible crear más de cuatro particiones
    primarias. Este límite se logra subsanar mediante la
    creación de una partición extendida (como
    máximo una). Esta partición ocupa, una de las
    cuatro entradas posibles de la tabla de particiones. Dentro de
    una partición extendida se pueden definir particiones
    lógicas sin límite. El espacio de la
    partición extendida puede estar ocupado en su totalidad
    por particiones lógicas o bien, tener espacio libre sin
    particionar. Si hay una partición extendida, en la tabla
    de particiones del Master Boot Record debe existir una entrada
    con una partición extendida (la cual no tiene sentido
    activar). Esta entrada apunta a una nueva tabla de particiones
    similar a la ya estudiada, de la que sólo se utilizan sus
    dos primeras entradas. La primera entrada corresponde a la
    primera partición lógica; la segunda,
    apuntará a una nueva tabla de particiones. Esta nueva
    tabla contendrá en su primera entrada la segunda
    partición lógica y en su segunda, una nueva
    referencia a otra tabla. De esta manera, se va creando una cadena
    de tablas de particiones hasta llegar a la última,
    identificada por tener su segunda entrada en blanco.

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    36 Particiones primarias y particiones lógicas: Hay una
    diferencia importante: sólo las particiones primarias se
    pueden activar. Además, algunos sistemas operativos no
    pueden acceder a particiones primarias distintas a la suya.
    Conclusión: los sistemas operativos deben instalarse en
    particiones primarias, ya que de otra manera no podrían
    arrancar. El resto de particiones que no contengan un sistema
    operativo, es más conveniente crearlas como particiones
    lógicas. Por dos razones: primera, no se malgastan
    entradas de la tabla de particiones del disco duro y, segunda, se
    evitan problemas para acceder a estos datos desde los sistemas
    operativos instalados. Las particiones lógicas son los
    lugares ideales para contener las unidades que deben ser visibles
    desde todos los sistemas operativos. Algunos sistemas operativos
    presumen de poder ser instalados en particiones lógicas
    (Windows NT), sin embargo, esto no es del todo cierto: necesitan
    instalar un pequeño programa en una partición
    primaria que sea capaz de cederles el control.

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    37 Estructura lógica de las particiones: Dependiendo del
    sistema de archivos utilizado en cada partición, su
    estructura lógica será distinta. En los casos de
    MS-DOS y Windows 95, está formada por sector de arranque,
    FAT, copia de la FAT, directorio raíz y área de
    datos. De todas formas, el sector de arranque es un elemento
    común a todos los tipos de particiones. Todas las
    particiones tienen un sector de arranque (el primero de la
    partición) con información relativa a la
    partición. Si la partición tiene instalado un
    sistema operativo, este sector se encargará de arrancarlo.
    Si no hubiese ningún sistema operativo (como es el caso de
    una partición para datos) y se intentara arrancar,
    mostraría un mensaje de error.

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    38 Secuencia de arranque de un ordenador: Todos los ordenadores
    disponen de un pequeño programa almacenado en memoria ROM
    (Read Only Memory, memoria de sólo lectura), encargado de
    tomar el control del ordenador en el momento de encenderlo. Lo
    primero que hace el programa de arranque es un breve chequeo de
    los componentes hardware. Si todo está en orden, intenta
    el arranque desde la primera unidad física indicada en la
    secuencia de arranque. Si el intento es fallido, repite la
    operación con la segunda unidad de la lista y así
    hasta que encuentre una unidad arrancable. Si no existiese
    ninguna, el programa de arranque mostraría una
    advertencia. Esta secuencia de arranque se define en el programa
    de configuración del ordenador (también llamado
    Setup, CMOS o BIOS). Suponiendo que arrancamos desde el disco
    duro, el programa de arranque de la ROM cederá el control
    a su programa de inicialización (Master Boot). Este
    programa buscará en la tabla de particiones la
    partición activa y le cederá el control a su sector
    de arranque. El programa contenido en el sector de arranque de la
    partición activa procederá al arranque del sistema
    operativo.

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    39 Sistemas de archivos: Un sistema de archivos es una estructura
    que permite tanto el almacenamiento de información en una
    partición como su modificación y
    recuperación. Para que sea posible trabajar en una
    partición es necesario asignarle previamente un sistema de
    archivos. Esta operación se denomina dar formato a una
    partición. Generalmente cada sistema de archivos ha sido
    diseñado para obtener el mejor rendimiento con un sistema
    operativo concreto (FAT para DOS, FAT32 para Windows 98, NTFS
    para Windows NT, HPFS para OS/2…). Sin embargo, es usual
    que el mismo sistema operativo sea capaz de reconocer
    múltiples sistemas de archivos.

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