Bits, operaciones booleanas y memoria principal

Los bits

• La información dentro de las computadoras se codifica usando patrones de 0s y 1s.
• Estos dígitos se denominan bits, abreviatura de "binary digits" o dígitos binarios.
• Los patrones de bits se utilizan para representar valores numéricos, caracteres del alfabeto, signos de puntuación, imágenes y sonidos.

Operaciones booleanas

• Para entender el almacenamiento y manipulación de bits, se asume que el bit 0 representa "falso" y el bit 1 representa "verdadero".
• Las operaciones booleanas manipulan valores verdadero/falso y llevan el nombre del matemático George Boole (1815–1864).
• Las tres operaciones booleanas básicas son AND, OR y XOR (OR exclusiva).
• Las operaciones booleanas combinan pares de valores (entrada) para generar un tercer valor (salida), combinando valores de tipo verdadero/falso en lugar de valores numéricos/binarios.

Memoria principal

• Las computadoras almacenan datos en una colección de circuitos donde cada circuito (biestable) almacena un bit.
• Este conjunto de bits se conoce como memoria principal.
• La memoria principal se organiza en unidades accesibles llamadas celdas de 8 bits, también conocido como byte.
• Los bits en una celda de memoria se manejan como si estuvieran organizados en una fila, con un extremo de mayor peso a la izquierda y un extremo de menor peso a la derecha.
• El bit más a la izquierda es el bit de mayor peso, el dígito más significativo si se interpretara el contenido de la celda como un valor numérico.
• El bit a la derecha es el bit de menor peso, o el bit menos significativo.
• Para identificar las celdas individuales en la memoria principal, cada celda tiene un "nombre" único llamado dirección.
• Estas direcciones de memoria son numéricas, como si las celdas estuvieran en una sola fila numeradas desde cero.
• Este sistema de direccionamiento identifica cada celda de manera única y establece un orden, permitiendo referirse a celdas como "la celda siguiente" o "la celda anterior".

Acceso a la memoria

• La memoria principal se organiza como celdas direccionables individualmente, permitiendo acceder al contenido de cada celda de forma independiente.
• Debido a esta capacidad, la memoria principal también se conoce como memoria de acceso aleatorio (RAM).
• El acceso aleatorio contrasta con los sistemas de almacenamiento masivo, donde las cadenas de bits largas se manipulan en bloques completos.

Medida de la capacidad de memoria

• Es importante diseñar los sistemas de memoria principal para que el número total de celdas sea una potencia de dos.
• El tamaño de las memorias en las computadoras solía medirse en múltiplos de 1024 (2^10) celdas.
• La comunidad informática adoptó el prefijo "kilo" para referirse a esta unidad, por ejemplo, kilobyte (KB) para 1024 bytes.
• Anteriormente, una máquina con 4096 celdas de memoria se decía que tenía una memoria de 4KB (4096 = 4 X 1024).
• La terminología se amplió para incluir MB (megabyte), GB (gigabyte) y TB (terabyte).
• Esta aplicación de los prefijos kilo, mega, etc., es una inexactitud, ya que estos prefijos se usan en otros campos para referirse a potencias de mil.

Almacenamiento masivo

• Debido a la volatilidad y tamaño limitado de la memoria principal, la mayoría de las computadoras tienen dispositivos de almacenamiento adicionales como sistemas de almacenamiento masivo (o almacenamiento secundario).
• Los sistemas de almacenamiento masivo incluyen discos magnéticos, discos CD y DVD, cintas magnéticas y unidades flash.
• Los sistemas de almacenamiento masivo, tienen menor volatilidad, mayor capacidad de almacenamiento y menor coste que la memoria principal, además de que pueden extraerse para su archivo.
• Los sistemas de almacenamiento masivo normalmente requieren algún tipo de movimiento mecánico.

Sistemas magnéticos

• La tecnología magnética fue dominante en el sector del almacenamiento masivo, su ejemplo más común es el disco magnético.
• Los discos magnéticos tienen una fina placa giratoria con una capa magnética para almacenar datos.
• Los cabezales leen/escriben datos colocados encima y debajo del disco, de modo que cuando el disco gira, cada cabezal recorre un círculo, denominado pista.

Discos M.2

• Los discos M.2 son dispositivos de almacenamiento de estado sólido (SSD) con un rendimiento superior en comparación con los discos SATA.
• Los discos M.2 tienen un factor de forma compacto, son más pequeños y delgados que los SSD de 2.5" y se conectan directamente a la placa base sin cables de datos ni alimentación.
• Sus interfaces de conexión son:
  • SATA: Rendimiento similar a los SSD de 2.5" (hasta 600 MB/s).
  • NVMe (PCIe): Mucho más rápido, hasta 7,000 MB/s en modelos de gama alta.
• Los tamaños físicos se identifican con un código como 2280, donde "22" es el ancho en mm y "80" es el largo en mm, también están los tamaños 2230, 2242, 2260, 22110.
• Los discos M.2 ofrecen mayor velocidad de lectura/escritura en comparación con SATA y menor consumo energético en dispositivos móviles.
• Algunas placas base solo admiten M.2 SATA o M.2 NVMe, por lo que es importante verificar la compatibilidad en el manual de la placa base.
• Los M.2 NVMe son la mejor opción para un rendimiento extremo.

Sistemas ópticos

• Otra clase de sistemas de almacenamiento masivo es la tecnología óptica
• El disco compacto (CD) mide 12 cm de diámetro y su composición es un material reflectante cubierto por una capa protectora transparente.
• La información se almacena al crear variaciones en la superficie reflectante, extrayéndose mediante un rayo láser a medida que el disco gira.
• Los CD tradicionales tienen una capacidad de 600 a 700 MB.
• Los DVD (Digital Versatile Disks) tienen múltiples capas semitransparentes que actúan como superficies distintas al ser iluminadas por un láser, proporcionando varios GB de almacenamiento.

Unidades flash

• En los sistemas de memoria flash, los bits se almacenan enviando señales electrónicas al medio de almacenamiento donde los electrones quedan atrapados en pequeñas cámaras de dióxido de silicio, alterando los pequeños circuitos electrónicos.
• Estas cámaras mantienen los electrones cautivos durante años.
• En los sistemas de memoria flash, los datos almacenados se borran en grandes bloques.
• Los borrados dañan las cámaras de dióxido de silicio, por lo que la tecnología de memoria flash actual no es adecuada para las aplicaciones generales de una memoria principal, en las que los contenidos de la memoria podrían alterarse muchas veces por segundo.