Bits, Operaciones Booleanas y Memoria Principal

Bits

• La información en las computadoras se codifica usando patrones de 0s y 1s, conocidos como bits (dígitos binarios).
• Los bits pueden representar valores numéricos, caracteres, signos de puntuación, imágenes y sonidos.

Operaciones Booleanas

• Para entender cómo las computadoras almacenan y manipulan bits, el bit 0 puede representar el valor falso y el bit 1 el valor verdadero.
• Las operaciones booleanas manipulan valores verdadero/falso, nombradas en honor al matemático George Boole (1815–1864).
• Las tres operaciones booleanas básicas son AND, OR y XOR (OR exclusiva).
• Las operaciones booleanas combinan un par de valores verdadero/falso para generar un tercer valor, similar a las operaciones aritméticas pero con valores lógicos en lugar de numéricos.

Memoria Principal

• Las computadoras usan circuitos que almacenan bits para guardar datos, conocido como la memoria principal.
• La memoria principal se organiza en celdas, típicamente de 8 bits (1 byte).
• Los bits en una celda se conceptualizan como una fila, con un extremo de mayor peso (izquierdo) y uno de menor peso (derecho).
• El bit más a la izquierda es el más significativo si se interpreta el contenido de la celda como un valor numérico.
• El bit más a la derecha es el menos significativo.
• Cada celda en la memoria principal tiene un "nombre" único llamado dirección, que es numérica, como si las celdas estuvieran en una fila y se numeraran desde cero.
• Este sistema no solo identifica cada celda, sino que también establece un orden, permitiendo referirse a celdas como "la siguiente" o "la anterior".
• Se puede acceder individualmente al contenido de cada celda direccionable, ya que la memoria principal está organizada de forma direccionable.
• Debido a la capacidad de acceder a las celdas en cualquier orden, la memoria principal también se conoce como memoria de acceso aleatorio (RAM).
• El acceso aleatorio de la memoria principal es diferente a los sistemas de almacenamiento masivo, que manipulan cadenas de bits largas en bloques completos.

Medida de la Capacidad de la Memoria

• Los sistemas de memoria principal se diseñan con un número total de celdas que es una potencia de dos.
• En las primeras computadoras, el tamaño de las memorias se medía en múltiplos de 1024 (2^10) celdas.
• El prefijo kilo se adoptó para referirse a 1024 bytes, y kilobyte (KB) se utilizaba para referirse a 1024 bytes.
• Una máquina con 4096 celdas de memoria tenía 4KB (4096 = 4 X 1024).
• A medida que las memorias crecieron, se añadieron los términos megabyte (MB), gigabyte (GB) y terabyte (TB).
• Debido a un error de terminología, los prefijos kilo-, mega-, etc., a menudo se aplican incorrectamente, ya que se aplican en otros campos para hacer referencia a unidades que son potencias de mil.

Almacenamiento Masivo

• Debido a la volatilidad y tamaño limitado de la memoria principal, las computadoras utilizan dispositivos de almacenamiento adicionales, conocidos como sistemas de almacenamiento masivo (o secundario).
• Estos incluyen discos magnéticos, discos CD y DVD, cintas magnéticas y unidades flash.
• Los sistemas de almacenamiento masivo ofrecen menor volatilidad, mayor capacidad, menor coste y, a menudo, permiten extraer el medio para archivarlo.
• Una desventaja es que suelen requerir algún tipo de movimiento mecánico.

Sistemas Magnéticos

• La tecnología magnética dominó el sector del almacenamiento masivo por muchos años.
• El disco magnético es el ejemplo más común, utilizando un disco giratorio fino con un recubrimiento magnético.
• Los cabezales de lectura/escritura se colocan por encima o por debajo del disco, recorriendo un círculo llamado pista cuando el disco gira.

Discos M.2

• Los discos M.2 son dispositivos de almacenamiento de estado sólido (SSD) con mejor rendimiento que los discos SATA tradicionales.
• Factor de Forma Compacto: Más pequeños y delgados que los SSD de 2.5" y se conectan directamente a la placa base sin cables de datos ni de alimentación.
• Interfaz de conexión:
• SATA: Rendimiento similar a SSD de 2.5" (hasta 600 MB/s).
• NVMe (PCIe): Más rápidos, con velocidades de hasta 7,000 MB/s en modelos de alta gama.
• Tamaños Físicos: Identificados por códigos como 2280 ("22" de ancho y "80" de largo en mm), con otros tamaños como 2230, 2242, 2260, 22110.
• Rendimiento y Eficiencia: Mayor velocidad de lectura/escritura que SATA y menor consumo energético en dispositivos móviles.
• Compatibilidad: Algunas placas base solo admiten M.2 SATA o M.2 NVMe, requiriendo verificar el manual de la placa base. Los M.2 NVMe son la mejor opción para un rendimiento extremo.

Sistemas Ópticos

• Utiliza la tecnología óptica, como los discos compactos (CDs) de 12 cm de diámetro hechos de material reflectante con una capa protectora transparente.
• La información se almacena creando variaciones en las superficies reflectantes que un láser detecta.
• Los CDs tradicionales tienen una capacidad de 600 a 700 MB.
• Los DVDs (Digital Versatile Disks) están construidos con capas semitransparentes y ofrecen capacidades de almacenamiento de varios GB.

Unidades Flash

• En la memoria flash, los bits se almacenan enviando señales electrónicas al medio, atrapando electrones en pequeñas cámaras de dióxido de silicio.
• Estas cámaras mantienen los electrones durante años, lo que hace que esta tecnología sea adecuada para el almacenamiento de datos fuera de línea.
• Aunque los datos en la memoria flash se pueden acceder en unidades pequeñas (como en la RAM), la tecnología actual requiere que se borren en bloques grandes.
• Los borrados sucesivos dañan las cámaras de dióxido de silicio, lo que hace que la memoria flash actual no sea ideal para la memoria principal donde el contenido cambia frecuentemente.