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Fundamentos de Computación Introducción a los Sistemas de Computo miumg.instructure.com Introducción Hace apenas algunos años, cuando el uso de las computadoras resultaba casi innecesario, era imposible pensar que esta herramienta se convertiría en parte indispensable de nuestra vida (vista desde to...

Fundamentos de Computación Introducción a los Sistemas de Computo miumg.instructure.com Introducción Hace apenas algunos años, cuando el uso de las computadoras resultaba casi innecesario, era imposible pensar que esta herramienta se convertiría en parte indispensable de nuestra vida (vista desde todos los ámbitos posibles). Hoy en día, en las sociedades globalizadas no sería posible sobrevivir sin el uso de las computadoras; en la actualidad, éstas forman parte de nuestro entorno, debido principalmente a su capacidad para realizar diversos procesos de manera automática en unos cuantos segundos, hecho que ha revolucionado el manejo de cualquier tipo de información. En la historia universal, la Segunda Guerra Mundial marca un importante parteaguas en el desarrollo y la evolución de la tecnología. El ser humano, motivado por la inquietud de diseñar y construir máquinas y herramientas que llevaran a cabo (por diferentes medios) las funciones que realiza el cerebro humano, inició una importante etapa de crecimiento. Introducción De esta forma inventó, desarrolló y perfeccionó objetos y herramientas sin precedentes en la historia, que hacían más fácil su vida diaria. A partir de la necesidad de representar, codificar y almacenar los datos que conocía, el hombre desarrolló, después de varios intentos, una herramienta que derivó en la computadora actual, con alcances insospechados, cuya programación le valió desarrollar un procedimiento que le permitió realizar cálculos con mayor rapidez, menor esfuerzo y trabajo, y con un sistema diferente a los sistemas numéricos ya empleados, a través del cual fue posible representar operaciones y expresiones de una forma homogénea. Hoy en día, las computadoras se construyen y producen con distintos elementos, tanto físicos como electrónicos, los cuales también han evolucionado considerablemente, y que son capaces de ejecutar una gran variedad de instrucciones de manera eficiente para resolver un problema determinado de la mejor manera. ¿Qué es una computadora y cuál es su función? La computadora es una máquina capaz de realizar y controlar, a gran velocidad, cálculos y procesos complicados que requieren una toma rápida de decisiones. A pesar de la importancia que las computadoras ostentan en el desarrollo de las funciones de la sociedad actual, éstas aún pueden resultar misteriosas para algunas personas, debido a que son consideradas productos de alta tecnología. Tantos han sido los mitos desarrollados en torno a las computadoras, que la literatura y el cine de ciencia ficción le han atribuido características humanas o super humanas, capaces de superar la inteligencia y el raciocinio humano, al grado de insinuar que podrían dominar por sí mismas al mundo; sin embargo, se debe reconocer que las computadoras son simplemente herramientas diseñadas, programadas y utilizadas por personas. ¿Qué es una computadora y cuál es su función? Las computadoras pueden efectuar cosas sorprendentes siempre y cuando sigan, paso a paso, las instrucciones de los programas creados por personas, quienes son las que piensan antes de escribir los programas. Las computadoras se crearon para ayudar al hombre en sus tareas, no para sustituirlo. A éstas no les es posible efectuar juicios emocionales, desobedecer las instrucciones provistas por los humanos o reemplazar las relaciones entre las personas. Por el contrario, los seres humanos deben ser extremadamente explícitos al instruir o al programar a las computadoras para que desarrollen cualquier tarea sencilla. ¿Qué es una computadora y cuál es su función? Lo que las computadoras pueden hacer resulta considerablemente útil; ya que entre sus principales funciones destacan las siguientes: Almacenar grandes volúmenes de información. Procesar datos rápidamente y con exactitud. Representar números gráficamente. Simular posibles resultados basados en un conjunto determinado de condiciones. Recomendar o tomar una acción basada en los resultados. Los antecesores de la computadora y la razón de su existencia En la antigüedad, el hombre realizaba los cálculos que requería a través de sistemas muy rudimentarios. En los inicios de la humanidad, se valía de los dedos de sus manos, de nudos en cuerdas, de agrupación de piedras, etcétera. Sin embargo, con el paso del tiempo desarrolló un instrumento de cálculo más eficaz: el ábaco, cuya invención es atribuible tanto a los chinos como a los egipcios, debido a que en ambos lugares apareció más o menos al mismo tiempo y no existen los indicios suficientes para afirmar que se desarrolló en uno u otro lugar. El ábaco es un instrumento de cálculo matemático que consiste en un dispositivo de conteo mecánico, cuyo origen se remonta a hace aproximadamente 5,000 años; a pesar de su antigüedad, el ábaco aún sigue utilizándose con fines educativos en el proceso de enseñanza– aprendizaje de los principios básicos de conteo y aritmética. Los antecesores de la computadora y la razón de su existencia Como antecesores lejanos de las computadoras deben considerarse en especial los siguientes instrumentos: La máquina de Pascal (Pascalina). El telar de Jacquard. La máquina analítica de Babbage. La máquina tabuladora de Hollerith. La Mark I. La ENIAC. La máquina de Pascal o Pascalina El científico francés Blaise Pascal (1623-1662), considerado uno de los más grandes filósofos y matemáticos de la historia, ideó y desarrolló en 1642 una máquina para sumar, cuyo funcionamiento se basaba en un sistema de ruedas dentadas o engranes, llamada Pascalina. Este sistema aún se emplea en algunas cajas registradoras mecánicas muy elementales y en los odómetros de los automóviles, y era el que se utilizaba hasta hace algunos años en las bombas despachadoras de gasolina.. El telar de Jacquard El francés Joseph Marie Jacquard (1753-1871), tejedor de profesión, regularmente pasaba su poco tiempo libre intentando mejorar sus propias condiciones de trabajo y las de todos los tejedores de su gremio, pues se sabe que en ese entonces trabajaban aproximadamente 16 horas diarias, sin ningún día de descanso; la solución que propuso fue el telar de Jacquard, que concretó en 1801. En éste, el movimiento de las agujas, el hilo y la tela se dirigían por medio de perforaciones en una tarjeta, con el fin de generar los patrones elaborados de los tejidos de Jacquard, conocidos en la actualidad aún con ese nombre. El telar de Jacquard tuvo una aceptación inmediata entre los propietarios de las fábricas de telas, porque éste realizaba el trabajo de varios tejedores al mismo tiempo en menos tiempo, lo que les permitía contratar trabajadores menos capacitados por poco dinero. Debido a esta situación, los tejedores se amotinaron y calificaron de traidor a Jacquard. La máquina de Babbage Hacia mediados del siglo xix, Charles Babbage (1791-1871), de Inglaterra, desarrolló la máquina diferencial y la máquina analítica, como consecuencia directa de la necesidad de las personas de aquella época, desde banqueros hasta navegantes, de utilizar las tablas matemáticas para el desarrollo de sus actividades cotidianas, debido a la naciente y boyante Revolución Industrial. Antes de la creación de este revolucionario sistema de cálculo, las tablas eran calculadas de forma manual, por lo que regularmente contenían muchos errores. La idea de este novedoso sistema surgió después de que el propio Babbage se percató de que sus tablas contenían una gran cantidad de errores; así, primero ideó la máquina diferencial, la cual era accionada con base en el vapor, y luego la máquina analítica, la cual tenía la capacidad de realizar cálculos grandes con gran precisión, ya que podía efectuar hasta 60 operaciones por segundo. La máquina de Babbage Además que existía la posibilidad de poder ser programadas a través del uso de tarjetas perforadas. Además del cálculo de tablas matemáticas, estas máquinas podían realizar de forma automática tablas de logaritmos y funciones trigonométricas. Babbage diseñó su primera máquina de cálculo en 1833, la cual requería miles de engranes y transmisiones, ocupaba el área aproximada de un campo de futbol y era impulsada por una máquina de locomotora. Además de esta máquina, este científico tenía en mente crear una enorme máquina de Pascal; sin embargo, su intento fracasó y nunca pudo concretarse debido a la limitada tecnología de los engranes. La máquina de Babbage Gracias a sus invenciones y al hecho de cómo éstas y sus conocimientos han contribuido al desarrollo de las computadoras, a Babbage se le conoce como el padre de la informática. Sin embargo, sus inventos y sus escritos fueron descubiertos y rescatados hasta la década de 1940, época en que ya existían laboratorios completos de ingenieros e investigadores trabajando en la invención de las computadoras electrónicas. A la computadora de Babbage también se le conoce como la máquina que no se llegó a terminar. La inglesa lady Ada Augusta Lovelace (1816-1852), hija del poeta lord Byron, trabajó muy de cerca con Babbage, ya que tradujo sus trabajos y agregó extensas notas con consideraciones propias a sus trabajos, como el uso de tarjetas perforadas para repetir ciertas operaciones, lo cual ha motivado a los especialistas a considerarla la primera programadora de computadoras. La máquina censadora de Hollerith En 1886 Herman Hollerith (1860-1929), de nacionalidad estadounidense, se propuso la creación de una máquina capaz de leer y tabular la información de las personas censadas en su país, debido a que fue testigo directo de cómo las autoridades responsables del censo demoraron diez años en realizar esta actividad y descubrió que la mayoría de las preguntas tenían como respuestas un Sí o un No, lo que le motivó a idear una tarjeta perforada para contener dicha información. Como resultado, logró la construcción de su máquina censadora o máquina tabuladora, la cual fue capaz de reducir el trabajo manual en una tercera parte, logrando almacenar, codificar y ordenar toda la información arrojada por el censo de 1890 en tan sólo tres años, perforándose un total de 56 millones de tarjetas. Hollerith incluyó, en 1895, una función más a su máquina: la operación de sumar, ello con el fin de utilizarla para la contabilidad de los ferrocarriles centrales de Nueva York. La máquina censadora de Hollerith Esta adición a su máquina constituyó el primer intento por realizar de forma automática una aplicación comercial, lo que provocó que su creador se introdujera al mundo de los negocios y fundara, en 1896, la empresa Tabulating Machines Company, la cual se fusionó con otras empresas en 1924, dando pie al nacimiento de la actual International Business Machines (IBM), cuyo primer presidente fue Thomas J. Watson (padre), quien no estaba del todo convencido del futuro que podían tener estas máquinas, idea que no fue compartida por sus sucesores, entre los que podemos citar a su hijo Thomas J. Watson. La Mark I Howard Aiken (1900-1973), investigador de la Universidad de Harvard, desarrolló en 1937 la idea de Babbage con el apoyo de un equipo de científicos de la misma universidad y algunos ingenieros de la recién creada empresa IBM. El resultado de sus estudios culminó con la construcción de una calculadora numérica basada en el uso de relés electromagnéticos, ruedas dentadas y embragues electromecánicos, que marca el nacimiento de la primera computadora electromecánica, la cual fue denominada calculadora automática de secuencia controlada (Automatic Sequence Controlled Calculator [ASCC]), más popularmente conocida como Harvard Mark I. Este invento, que revolucionó el mundo de las computadoras, se terminó de construir en 1944, y contaba con elementos de entrada, memoria central, unidad aritmética, unidad de control y elementos de salida, además de que como soporte de entrada de datos utilizaba tarjetas y cintas perforadas. La ENIAC John W. Mauchly y John Presper Eckert (estadounidenses), junto con un grupo de científicos de la Universidad de Pennsylvania, construyeron en 1940, en las instalaciones de la escuela Moore de ingeniería eléctrica, a petición del Ministerio de Defensa de Estados Unidos, la primera computadora electrónica, denominada ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), construida con base en válvulas de vacío, pero no fue sino hasta 1945 que entró en funcionamiento. El equipo que participó en la construcción de esta computadora se hallaba formado, entre otros, por J. V. Atanasoff y C. Berry, cuyos estudios y ensayos acerca de su calculadora ABC fueron muy decisivos para el proyecto ENIAC. La diferencia esencial entre la ABC y la ENIAC consistía en que esta última era programable y universal; es decir, podía ser aplicada a cualquier tipo de cálculos. La ENIAC fue ampliamente utilizada por el ejército de Estados Unidos para el cálculo de la trayectoria de proyectiles por medio de tablas. La ENIAC Algunos años después, en 1951, John W. Mauchly construyó la primera computadora de serie puesta a la venta: la UNIVAC-I (Universal Automatic Computer [Computador Automático Universal]), la cual también utilizaba cintas magnéticas. Pero esta computadora quedo inconclusa por falta de financiamiento monetario, por lo que decidió vender el proyecto de su construcción a la compañía IBM (International Business Machines), la cual se encargó de dividir en generaciones la evolución de las computadoras. La ENIAC Para explicar, entonces, la existencia de las computadoras, deben tomarse en cuenta al menos los siguientes factores: El estado de avance de la electrónica. La existencia de una teoría matemática para describir combinaciones de variables lógicas y sustentar una visión del mundo que aquí llamaremos “digital”. La disponibilidad de grandes capitales para la investigación y el desarrollo tecnológico. Este último punto, por desgracia, está íntimamente ligado con la guerra y el desarrollo de nuevas armas. En resumen, la era de las computadoras surge como respuesta a la necesidad de resolver de forma práctica y rápida el problema de efectuar los miles y miles de cálculos requeridos para determinar la trayectoria de un proyectil. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Primera generación (1946-1958): Al inicio de la era de las computadoras, durante la que se considera la primera generación, existía un gran desconocimiento acerca de las características y las capacidades de las computadoras; lo que quedó demostrado a través de un estudio que se realizó en esa época, el cual determinó el hecho de que con veinte computadoras se saturaría el mercado de Estados Unidos en el campo de procesamiento de datos. La primera generación comprende de 1946 a 1958, y dentro de ésta se consideran todas las computadoras que se crean entre 1944 y 1947. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Primera generación (1946-1958): Características: Contenían tubos al vacío (18,000), que al calentarse producían errores. Estaban compuestas aproximadamente por 200,000 piezas mecánicas y 800,000 metros de cable, por lo que éstas eran muy grandes y ocupaban un gran espacio físico. El estado del aire acondicionado era de estricta calidad, el cual variaba entre los 17 y los 22 grados centígrados, evitando el sobrecalentamiento y como consecuencia la frecuencia de fallos o errores. Su programación era externa, por medio de módulos, y su memoria estaba construida por tambores magnéticos. Su peso era aproximadamente de 70 a 80 toneladas. Su longitud era de 18 a 20 metros. Software: la programación se hace en lenguaje de máquina. Su tambor magnético era de aluminio y estaba cubierto de un material llamado MAYDEN, sobre el que se grababa la información por medio de puntos magnéticos. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Segunda generación (1958-1965): Según los estudiosos de la computación, la segunda generación comprende el periodo de 1958 a 1965; ésta se caracteriza por una marcada evolución de las computadoras. Durante esta generación es notable el desarrollo de sus características físicas (esto se ve reflejado en la reducción de tamaño, peso y volumen) y los materiales y componentes con los que se producen. Sin embargo, su sistema no era muy eficaz, ya que constantemente perdían la información, debido a que el tambor magnético no tenía una capa protectora. Durante esta generación, se fundan muchas compañías dedicadas a la producción de equipos de cómputo. Las computadoras de esta generación eran bastante avanzadas para su época, como la serie 5000 de Burroughs y la ATLAS de la Universidad de Manchester. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Segunda generación (1958-1965): Características: Los bulbos son sustituidos por transistores. Disminuye el tamaño físico de las computadoras aproximadamente en 50%. Se reduce el control de calidad del aire acondicionado. La programación es interna y se pueden soportar todos los programas de proceso. La velocidad de operación es de microsegundos. Software: la programación se hace en lenguajes de alto nivel. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Tercera generación (1965-1970): Esta generación comprende de 1965 a 1970; lo más destacado de ésta es que se reduce considerablemente el tamaño físico de las computadoras, éstas desprendían menos calor y eran energéticamente más eficientes. El ordenador IBM-360 dominó las ventas de la tercera generación de ordenadores desde su aparición en 1965. El PDP-8 de la Digital Equipment Corporation fue la primera minicomputadora que apareció en el mercado. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Tercera generación (1965-1970): Características: El transistor es sustituido por el microtransistor. El tamaño físico de las computadoras disminuye entre 60 y 70%. El control de calidad del aire acondicionado es menos estricto. La memoria continúa siendo interna, por medio de núcleos magnéticos. La velocidad de proceso permanece en microsegundos. Software: aparición del sistema operativo. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Cuarta generación (1971-1980): La cuarta generación de las computadoras se desarrolla entre 1971 y 1980. Lo más importante a destacar de ésta es que el tamaño físico de las computadoras se reduce hasta en 80 o 90%. Las microcomputadoras producidas con fundamento en estos circuitos son extremadamente pequeñas y baratas, por lo que su uso se extiende al mercado industrial. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Cuarta generación (1971-1980): Características: El microtransistor es sustituido por circuitos integrados, los cuales tienen una capacidad de función equivalente a 64 microtransistores. El control de calidad del aire acondicionado es nulo o casi nulo. La velocidad de proceso es de nanosegundos: 1 3 10–9. Los equipos de computadoras trabajan a través de la multiprogramación y el teleproceso local y remoto. Software: LISP, PROLOG. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Quinta generación (1981- ): A pesar de que los estudiosos de la computación establecen que las computadoras actuales, debido a sus características, pertenecen a la cuarta generación, ya se empiezan a establecer los cimientos de la quinta generación. Esta generación comprende de 1981 a la fecha; debido a que en 1981 los principales países productores de nuevas tecnologías (básicamente Estados Unidos y Japón) anunciaron la creación de una nueva generación de computadoras. GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS Quinta generación (1981 Características: ): El microtransistor es sustituido por circuitos integrados, los cuales tienen una capacidad de función equivalente a 64 microtransistores. El control de calidad del aire acondicionado es nulo o casi nulo. La velocidad de proceso es de nanosegundos: 1 3 10–9. Los equipos de computadoras trabajan a través de la multiprogramación y el teleproceso local y remoto. Software: LISP, PROLOG. Clasificación de las computadoras por su capacidad Computadora analógica Es la computadora que maneja señales eléctricas analógicas proporcionales a medidas físicas de tipo continuo. En la mayoría de los casos, su programación está en su propio cableado y se utiliza fundamentalmente para controlar procesos y en problemas de simulación. Computadora digital Este tipo de computadoras maneja señales eléctricas de tipo digital. Se programa por medio de lenguajes de programación y se utiliza para cualquier tipo de trabajo; por lo que se le considera parte del grupo de computadoras de tipo general. En la actualidad, más de 95% de las computadoras es de este tipo. Computadora híbrida Recibe este nombre porque posee características de los dos tipos anteriores de computadoras descritas. Ésta suele estar constituida por una computadora digital que procesa información analógica, para lo cual tiene entradas y salidas controladas por medio de convertidores analógicos-digitales y digitales–analógicos. Clasificación de las computadoras por su capacidad Supercomputadora Es una máquina diseñada especialmente para el cálculo que requiere una gran velocidad de proceso. Por lo general, posee un gran número de procesadores que trabajan en paralelo, con lo cual consiguen realizar miles de millones de operaciones por segundo. Un ejemplo de estas computadoras es la Cray Y-MP de Cray Research Inc. Computadora o mainframe Es una máquina que se utiliza principalmente para dar servicio a grandes empresas y organizaciones. Su potencia de cálculo es inferior a la de las anteriores, cifrándose en la ejecución de varios millones de operaciones por segundo. Una de sus principales características es que tiene la posibilidad de soportar un gran número de terminales o estaciones de trabajo. Además de que puede intervenir en procesos distribuidos en los que se conectan dos o más computadoras en paralelo, de tal forma que se reparten el trabajo a realizar. El ejemplo más claro de este tipo de computadoras es la IBM 3090, capaz de soportar aproximadamente 50 000 terminales conectadas. Clasificación de las computadoras por su capacidad Minicomputadora Es una máquina de tipo medio, es decir, su capacidad de proceso es inferior a la de las mainframe, por lo que sólo puede controlar un número menor de terminales. Dos ejemplos típicos de este tipo de computadoras son la VAX de Digital Equipment Corporation (DEC) y la AS/400 de IBM. Microcomputadoras Se trata de una máquina cuyo funcionamiento interno se basa en el uso del microcomputador; a pesar de sus limitaciones de capacidad tiene algunas ventajas de uso como potencia, manejabilidad, portabilidad, precio, etcétera, además de que cubre una gama más baja de necesidades en el ámbito de la informática. Hoy en día, es posible afirmar que las microcomputadoras dominan. Clasificación de las computadoras por su capacidad Estación de Trabajo Una estación de trabajo es una microcomputadora de gran potencia que se utiliza para trabajos de ingeniería o similares y permite la conexión a través de una red con una computadora de mayor potencia. Computadora personal Es la microcomputadora más fácil de usar y la que un mayor número de ventajas ofrece. Por lo general, posee un solo puesto de trabajo, aunque puede tener varios. En la actualidad, la mayor gama de equipo hardware y de aplicaciones software que existen en el mercado pertenecen al grupo de computadoras personales.