I Antecedentes y conceptos básicos

En esta unidad repasarás los conceptos básicos y los antecedentes de la computadora. Algunos de estos conceptos son: definición de la computadora, características de la computadora, función de la computadora, componentes de un sistema de computadora, historia de la computadora, generaciones de la computadora, sistema numérico binario y el manejo de la computadora. Antes de comenzar a repasar, te exhorto a que leas los objetivos capacitantes.

1.1 Mencionar los eventos históricos más importantes que llevaron a la invención de la computadora.

1.2 Mencionar algunos de los mecanismos antiguos de la computación y sus inventores.

1.3 Definir el término computadora y esbozar algunas características.

1.4 Explicar la diferencia esencial entre la computadora y otros dispositivos de computación.

1.5 Mencionar las características de una computadora.

1.6 Describir los elementos básicos del sistema de codificación en una computadora.

1.7 Describir la función básica del CPU.

1.8 Iniciar ("boot") una microcomputadora.

1.9 Seguir las normas y reglas de uso del laboratorio de computadoras.

¿Leíste y analizaste los objetivos capacitantes? Ahora estás listo (a) para continuar con las actividades. Puedes regresar al menú y seleccionar el tema deseado para estudiarlo.

Computadora

La computadora es un sistema electrónico que lleva a cabo operaciones de aritmética y de lógica a alta velocidad de acuerdo a las instrucciones internas, que son ejecutadas sin intervención humana.  Además, tiene la capacidad de aceptar y almacenar datos de entrada, procesarlos y producir resultados de salida automáticamente.  Su función principal es procesar datos.

Características de la computadora

• La computadora realiza un paso a la vez.
• Puede sumar, restar, dividir y multiplicar.
• Puede hacer operaciones lógicas, o sea, comparar letras y números.
• Opera a alta velocidad.
• Es exacta o precisa - realiza exactamente lo que se le indica.
• Es eficiente - puede trabajar sin parar.
• Tiene capacidad para manejar cantidades enormes de información.
• Es confiable - tiene la capacidad de verificar la exactitud de sus operaciones internas, o sea, autocomprobación.
• Puede manipular símbolos.
• Al compararla con las primeras computadoras, cada vez su tamaño es menor, son más útiles y menos costosas.

Sistema de información de la computadora

Componentes

• "Hardware"

El "hardware" se refiere a todo equipo físico del sistema de la computadora. Puede consistir de una sola unidad o puede ser un número de dispositivos separados.  Incluye terminales, teclados, unidades de disco y cinta, impresoras, CPU y monitor.

• "Software"

  El "software" es el conjunto de programas que dirigen el funcionamiento de la computadora.

  Recuerda que un programa es un conjunto de instrucciones en secuencia para lograr que la computadora ejecute determinadas operaciones.

• Usuario y programador
  

  El usuario es la persona que usa la computadora.

  El programador es la persona que diseña los programas para que las computadoras los ejecuten.  La computadora no puede llevar a cabo ninguna tarea, por sencilla que sea, sin la asistencia humana.  Esta asistencia se le da a la computadora en forma de instrucciones o programas y es la más importante porque determina el éxito o el fracaso del producto esperado.

• Datos e información

  Datos - hechos o material original que no han sido procesados.

  Información - es el producto de los datos ya procesados.

  Los datos se usan para producir información que nos va a ayudar a tomar decisiones.

• Documentación

  Se refiere a las instrucciones o manuales de procedimiento que le proporcionan información al usuario de cómo usar el equipo o los programas.

Funciones vitales de la computadora

• "Input" - Unidad de entrada

La computadora usa muchos dispositivos para la entrada de datos.  Algunos permiten la comunicación directa entre los humanos y la máquina (teclado). Otros requieren que los datos estén grabados en un medio de entrada, como papel o material magnético (cintas magnéticas o discos flexibles).  Sin importar el tipo de dispositivo usado, todos son componentes para la interpretación y la comunicación entre las personas y la computadora.

• Procesamiento

  El procesamiento es el manejo, cambio y almacenamiento de información.  La computadora procesa las instrucciones y los datos.

  Componentes del procesamiento

  La unidad de memoria o almacenamiento primario es parte del sistema de la computadora que almacena información o instrucciones para ser procesadas.  Consiste de miles de localizaciones de memoria cada una con su propia dirección.

  La unidad central de procesamiento (CPU) se conoce como el cerebro del sistema de la computadora.  Son los circuitos que controlan la interpretación y la ejecución de las instrucciones, o sea, el microprocesador.

  El microprocesador es el procesador de la microcomputadora. Es el circuito integrado del tamaño de una uña que puede cumplir más de 50 operaciones diferentes y llevar a cabo sobre 500,000 de éstas en un segundo.

  El CPU puede sumar, restar, multiplicar, dividir y hacer comparaciones de números y caracteres.  Esta consiste de dos partes: unidad de control y unidad de aritmética/lógica.

• "Output" - Unidad de salida

  La computadora comunica los resultados al usuario a través de un monitor de video (pantalla) o impresora.

• Almacenamiento secundario

  La computadora coloca la información en un almacenamiento electrónico de donde puede recuperarla más tarde (disco).  El CPU no tiene acceso directo a ellos, ni acceso sin asistencia.

Los componentes de la computadora descritos anteriormente pueden aceptar datos, procesarlos y producir un resultado final de salida; sólo siguiendo el conjunto detallado de instrucciones contenido en el programa almacenado.  

Historia de las Computadoras

Se contaba con los dedos.
Se contaba con piedras, palitos.

Primeras Calculadoras Manuales

Primer dispositivo manual que se usaba para contar.  Todavía se utiliza para ilustrar los principios de contar en las escuelas. Se usa en China desde el siglo trece.

Primeras Calculadoras Mecánicas

(1617)

Máquina de contar desarrollada por John Napier.  Usada para resolver problemas de multiplicación usando funciones logarítmicas.

La Pascalina (1642)

Primera máquina mecánica de suma y resta.  Inventada por Blaise Pascal. Sumaba y restaba largas columnas de números sin equivocarse.

Maquina Calculadora de Leibnitz (1673)

Desarrollada por Gottfried Wilhelm Von Leibnitz.  Usó alguna de las ideas de Pascal.  Este modelo podía sumar, restar, multiplicar, dividir y calcular raíces cuadradas.  Se le acredita el haber comenzado el estudio formal de la lógica, la cual es la base de la programación y de la operación de las computadoras.

Revolución Industrial

El Telar de Jacquard (1801)

Creada por Joseph Marie Jacquard, tejedor francés que quería encontrar un método más fácil para hacer sus telares.  El hizo un aditamento para la máquina de tejer que era controlado por tarjetas perforadas.  Esta máquina fue considerada el primer paso significativo para la automatización binaria.  Esta máquina se encuentra actualmente en el "Smithsonian Institute".

Máquina analpitica (1833)

Desarrollada por Charles Babbage.  Un dispositivo complejo de cálculo que usaba dos pares de tarjetas perforadas.  Un par daba las instrucciones a la máquina mientras que el otro par grababa los números a ser usados en los cálculos.  Esta máquina podía recibir instrucciones, procesar y guardar información e imprimir los resultados.  Esto es similar a las computadoras desarrolladas en 1940.  A Charles Babbage se le conoce como el padre de las computadoras.

Ada Byron - Lady Lovelace

Trabajó con Babbage.  Escribió un programa de demostración para el uso de la máquina análitica.  Por esta razón ella es considerada la primera programadora.

Máquina Tabuladora de Hollerith (1890)

Desarrollada por Dr. Herman Hollerith que trabajó para la oficina del Censo de los E.U. durante el censo de 1880.  El diseño un sistema mediante el cual las tarjetas eran perforadas para representar la información del censo.  Las tarjetas eran insertadas en la máquina tabuladora y ésta calculaba la información recibida.  Hollerith alquilaba sus máquinas al gobierno.  En 1896 fundó la "Tabulating Machine Company", la cual en 1923 paso a ser la "International Business Machines Corporation (IBM)".

Era Electrónica

ABC - Atanasoff and Berry Computer (1939 - 1942)

Primera computadora electrónica digital construida por John Atanasoff y Clifford Berry.

MARK I (1944)

Desarrollada por Howard Aiken.  Primera computadora electromecánica que utiliza principios magnéticos.  Utilizaba ceros y unos (encendido y apagado) para representar números.

ENIAC (1946)

Desarrollada por Dr. John W. Mauchly y John Presper Eckert, Jr..  Primera computadora electrónica digital a gran escala en ser completada.  Construida en la Universidad de Pennsylvania y financiada con fondos del ejército de los Estados Unidos para ser usada en la Segunda Guerra Mundial, tabulando nuevas armas.

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EDVAC (1947)

Desarrollada por Dr. John W. Mauchly, John Presper Eckert, Jr. y John Von Neumann. Primera computadora en utilizar el concepto de almacenar información.  Podía almacenar datos e instrucciones usando un código especial llamado notación binaria.

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EDSAC (1949)

Desarrollada por Maurice Wilkes.  Primera computadora capaz de almacenar programas electrónicamente.

UNIVAC I (1951)

Desarrollada por Mauchly y Eckert para la Remington-Rand Corporation.  Primera computadora comercial utilizada en las oficinas del censo de los Estados Unidos.  Esta máquina se encuentra actualmente en el "Smithsonian Institute".  En 1952 fue utilizada para predecir la victoria de Dwight D. Eisenhower en las elecciones presidenciales de los Estados Unidos.

Generaciones de la Computadora

Las primeras cuatro generaciones de la computadora se diferencian por sus componentes electrónicos.  Existe una posible quinta generación, la cual se caracteriza por las aplicaciones avanzadas.

• Usaban tubos al vacío para procesar información.
• Usaban tarjetas perforadas para entrar los datos y los programas.
• Usaban cilindros magnéticos para almacenar información e instrucciones internas.
• Eran sumamente grandes, utilizaban gran cantidad de electricidad, generaban gran cantidad de calor y eran sumamente lentas.
• Se comenzó a utilizar el sistema binario para representar los datos.
  
  

• Usaban transistores para procesar información.
• Los transistores eran más rápidos, pequeños y más confiables que los tubos al vacío.
• 200 transistores podían acomodarse en la misma cantidad de espacio que un tubo al vacío.
• Usaban pequeños anillos magnéticos para almacenar información e instrucciones.
• Se mejoraron los programas de computadoras que fueron desarrollados durante la primera generación.
• Se desarrollaron nuevos lenguajes de programación como COBOL y FORTRAN, los cuales eran comercialmente accsesibles.
• Se usaban en aplicaciones de sistemas de reservaciones de líneas aéreas, control del tráfico aéreo y simulaciones de propósito general.
• La marina de los Estados Unidos desarrolla el primer simulador de vuelo, "Whirlwind I".
• Surgieron las minicomputadoras y los terminales a distancia.
• Se comenzó a disminuir el tamaño de las computadoras.
  

• Se desarrollaron circuitos integrados para procesar información.
• Se desarrollaron los "chips" para almacenar y procesar la información.
  Un "chip" es una pieza de silicio que contiene los componentes electrónicos en miniatura llamados semiconductores.
• Los circuitos integrados recuerdan los datos, ya que almacenan la información como cargas eléctricas.
• Surge la multiprogramación.
• Las computadoras pueden llevar a cabo ambas tareas de procesamiento o análisis matemáticos.
• Emerge la industria del "software".
• Se desarrollan las minicomputadoras IBM 360 y DEC PDP-1.
• Otra vez las computadoras se tornan más pequeñas, más ligeras y más eficientes.
• Consumían menos electricidad, por lo tanto, generaban menos calor.
  

• Se desarrolló el microprocesador.
• Se colocan más circuitos dentro de un "chip".
• "LSI - Large Scale Integration circuit".
• "VLSI - Very Large Scale Integration circuit".
• Cada "chip" puede hacer diferentes tareas.
• Un "chip" sencillo actualmente contiene la unidad de control y la unidad de aritmética/lógica.  El tercer componente, la memoria primaria, es operado por otros "chips".
• Se reemplaza la memoria de anillos magnéticos por la memoria de "chips" de silicio.
• Se desarrollan las microcomputadoras, o sea, computadoras personales o PC.
• Se desarrollan las supercomputadoras.

• Inteligencia artificial
  
  La inteligencia artificial es el campo de estudio que trata de aplicar los procesos del pensamiento humano usados en la solución de problemas a la computadora.
  
  
• Robótica
  
  La robótica es el arte y ciencia de la creación y empleo de robots.
  
  Un robot es un sistema de computación híbrido independiente que realiza actividades físicas y de cálculo.  Están siendo diseñados con inteligencia artificial, para que puedan responder de manera más efectiva a situaciones no estructuradas.
  
  
• Sistemas expertos
  
  Un sistema experto es una aplicación de inteligencia artificial que usa una base de conocimiento de la experiencia humana para ayudar a la resolución de problemas.
  
  
• Ejemplos de sistemas expertos:
  
  Diagnósticos médicos
  Reparación de equipos
  Análisis de inversiones
  Planeamiento financiero
  Elección de rutas para vehículos
  Ofertas de contrato
  Asesoramiento para clientes de autoservicio
  Control de producción y entrenamiento
  
  
• Redes de comunicaciones
  
  Los canales de comunicaciones que interconectan terminales y computadoras se conocen como redes de comunicaciones; todo el "hardware" que soporta las interconexiones y todo el "software" que administra la transmisión.
  
  
• Ejemplos de redes de comunicaciones:

  LAN - Local Area Network
  BBN - Back Bone Network
  MAN - Metropolitan Area Network
  WAN - Wide Area Network

La computadora utiliza el sistema numérico binario para realizar sus operaciones.  Es importante porque posee dos dígitos que facilitan el manejo de datos.  La computadora considera los números 0 y 1.  Observarás que la presencia de una corriente eléctrica = 1 (encendido), o que la ausencia = 0 (apagado).  Cuando la corriente eléctrica pasa a través de la computadora, ésta lee un 1 cuando percibe la corriente eléctrica y un 0 cuando no hay corriente eléctrica.

El sistema binario permite que la computadora represente número y lleve a cabo operaciones aritméticas, así como las personas utilizan el sistema decimal.  También se puede usar este sistema para representar letras del alfabeto y otros símbolos.

Números decimales del 0 al 10 y sus equivalentes en binario

Decimal		Binario
0		0
1		1
2		10
3		11
4		100
5		101
6		110
7		111
8		1000
9		1001
10		1010

Número decimal                                      Número binario

                                         8                     4                    2                   1

                                     (2 x 4)             (2 x 2)            (1 x 2)           (1 x 1)

                                         2³                   2²                  2¹                  2⁰

0                                                                                                 0

1                                                                                                 1

2                                                                          1                     0

3                                                                          1                     1

4                                                    1                    0                     0

5                                                    1                    0                     1

6                                                    1                    1                     0

7                                                    1                    1                     1

8                             1                     0                    0                     0 

9                             1                     0                    0                     1

10                           1                     0                    1                     0

Cómo cambiar de número decimal a número binario

Para cambiar un número decimal a número binario, se divide el número entre dos.  Se escribe el cociente y el residuo.  Si el cociente es mayor de uno, se divide el cociente entre dos.  Se vuelve a escribir el cociente y el residuo.  Este proceso se sigue realizando hasta que el cociente sea cero.  Cuando el cociente es cero, se escribe el cociente y el residuo.  Para obtener el número binario, se escribe cada uno de los residuos comenzando desde el último hasta el primero de izquierda a derecha, o sea, el primer residuo se escribe a la izquierda, el segundo residuo se escribe a la derecha del primer residuo, y asísucesivamente.

Ejemplo 1:  Cómo cambiar el número 10 del sistema decimal al sistema
                         binario.

División                                       Cociente                        Residuo

   10 / 2                      =                           5                                      0

     5 / 2                      =                           2                                      1

     2 / 2                      =                           1                                      0

     1 / 2                      =                           0                                      1

El resultado es:

10₁₀   =  1010₂

Donde:     1                        residuo de la división 1 / 2 

                     0                     residuo de la división de 2 / 2 
                    
                       1                   residuo de la división de 5 / 2

      0                residuo de la división de 10 / 2

Ejemplo 2:  Cómo cambiar el número 23 del sistema decimal al sistema
                          binario.

División                                       Cociente                        Residuo

   23 / 2                      =                          11                                     1

   11 / 2                      =                           5                                      1

     5 / 2                      =                           2                                      1

     2 / 2                      =                           1                                      0

     1 / 2                      =                           0                                      1

El resultado es:

23₁₀   =  10111₂

Donde:     1                     residuo de la división de 1/ 2  

                     0                  residuo de la división de 2 / 2

   1                residuo de la división de 5 / 2

     1              residuo de la división de 11 / 2

       1            residuo de la división de 23 / 2

Ejemplo 3:  Cómo cambiar el número 378 del sistema decimal al sistema
                          binario.

División                                       Cociente                           Residuo

  378 / 2                     =                         189                                    0

  189 / 2                     =                           94                                    1

    94 / 2                     =                           47                                    0

    47 / 2                     =                           23                                    1

    23 / 2                     =                           11                                    1

    11 / 2                     =                             5                                    1

      5 / 2                     =                             2                                    1

      2 / 2                     =                             1                                    0

      1 / 2                     =                             0                                    1

El resultado es:

378₁₀   =  101111010₂

Donde:       1                     residuo de la división de 1 / 2  

                       0                  residuo de la división de 2 / 2

     1                residuo de la división de 5 / 2

       1              residuo de la división de 11 / 2

         1            residuo de la división de 23 / 2

           1          residuo de la división de 47 / 2

             0        residuo de la división de 94 / 2

               1      residuo de la división de 189 / 2

                 0    residuo de la división de 378 / 2

Cómo cambiar de número binario a número decimal 

Para cambiar un número binario a número decimal se multiplica cada dígito binario por la potencia y se suman.  Para conseguir el valor de la potencia, usamos 2ⁿ donde 2 es la base y n es el exponente.  Como estamos cambiando de binario a decimal, usamos la base 2.  El exponente nos indica la posición del dígito.  Algunas potencias del sistema binario son:

2⁰    =         1 
2¹    =        2 
2²    =          4
2³    =         8
2⁴    =      16
2⁵    =        32
2⁶    =      64
2⁷    =     128
2⁸    =     256
2⁹    =     512
2¹⁰   =  1024

Ejemplo 1:  Cómo cambiar el número binario 1101₂ al sistema decimal.

1101₂    =    1  x  2³   +   1  x  2²   +   0  x  2¹   +   1  x  2⁰

     =    1  x  8   +   1  x  4   +   0  x  2   +   1  x  1

    =     8   +   4   +   0   +   1

    =    13

Resultado

1101₂    =    13₁₀

Ejemplo 2:  Cómo cambiar el número binario 11111₂ al sistema decimal.

11111₂    =   1  x  2⁴   +    1  x  2³   +    1  x  2²    +    1  x  2¹    +   1  x  2⁰

      =    1  x  16   +   1  x  8   +   1  x  4   +  1  x  2   +   1  x  1

      =    16   +    8   +   4   +   2   +   1

      =    31

Resultado

11111₂    =    31₁₀

Ejemplo 3:  Cómo cambiar el número binario 101010₂ al sistema decimal.

101010₂    =   1  x  2⁵    +    0  x  2⁴   +    1  x  2³    +    0  x  2²   +    1  x  2¹    +    0  x  2⁰

         =   1  x  32   +   0  x  16   +  1  x  8   +   0  x  4   +   1  x  2   +   0  x  1

         =    32    +    0    +    8     +    0   +   2   +   0

         =    42

Resultado

101010₂    =    42₁₀

Cómo sumar números binarios

Para sumar números binarios, seguimos las reglas utilizadas para la suma de números decimales.  La única diferencia es que, como el sistema binario consta de dos caracteres, la reagrupación de los números es más corta.  Existen cuatro posibles combinaciones en la suma de binarios:

0  +  0  =    0

0  +  1  =    1

1  +  0  =    1

1  +  1  =  10  *    

*Esta suma conlleva reagrupación ya que ha alcanzado el  primer punto de rompimiento.

Ejemplo 1:  Suma de números binarios.

     Binario     Decimal     

10      =      2
  1      =      1
11      =      3 

Resultado:

11₂    =    3₁₀

Ejemplo 2:  Suma de números binarios.

       Binario        Decimal     

  111      =       7
    11      =       3
1010      =      10 

Resultado:

1010₂    =    10₁₀

Ejemplo 3:  Suma de números binarios.

          Binario           Decimal     

  100111      =      39
    11101      =      29
1000100      =      68 

Resultado:

1000100₂    =    68₁₀

La computadora es un dispositivo electrónico, y como tal, hay que cuidarlo para que su funcionamiento sea exitoso.  

Debes tener dos discos flexibles 3.5 HD (High density).

Rotula tus discos con tu nombre, curso y sección.

Antes de comenzar a utilizar la computadora, debes asegurarte que ésta esté apagada.

Primero, enciende la unidad central de procesamiento.

Segundo, enciende la pantalla.

Después de activada la computadora, entra el disco flexible en la unidad A.

Verifica si el disco flexible tiene algún virus y límpialo.

Selecciona el programa en que vas a trabajar.

Guarda la información en la unidad A y no en la unidad C.  

Debes guardar tu trabajo con regularidad.

Después de terminado el documento y corregido, puedes proceder a imprimirlo.

Al terminar, por favor cierra las aplicaciones o programas.

Luego, da "shut down" y espera que la computadora te avise que puedes apagar.

Apaga el monitor primero, y luego apaga la UCP.

Acuérdate de sacar tu disco.

No debes ingerir alimentos.

No fumes.

No bebas.

No debes sentarte en los escritorios.

No utilices juegos electrónicos.

No hagas tertulias.

Deja el equipo en su sitio.

No toques cables (mover, desconectar, cambiar unidades, etc).

No debes hacer copias de "software".

Debes mantener el área en orden.

Usa el equipo con moderación.

Cuando no estés utilizando la computadora, por favor, deja el equipo libre para que otro estudiante lo utilice.

No debes jugar con el ajuste de la pantalla.

Recicla el papel.

Para uso educativo solamente.

Cuida tu vocabulario.

Usa el tiempo con moderación.

Usa tu tiempo productivamente.

No utilices los "chats" porque está prohibido.

Está prohibido la búsqueda de material pornográfico.

Activación de la computadora

Al activar la computadora, lo primero que ésta hace es buscar el sistema operativo en el disco duro.  En las máquinas antiguas, si no hay disco duro, lo primero que se hace es entrar el disco flexible que contenga el programa del sistema operativo.  Si estás activándote a través de la red del centro de cómputos, primero inserta tu disco flexible, y luego enciende la computadora.

Activar la computadora ("boot process") es el proceso por el cual la computadora comienza a funcionar.  Para que la computadora pueda hacer algo, el sistema operativo debe ser activado antes a la memoria RAM.  Existen dos formas para activar la computadora.  La primera es conocida como activación fría ("cold start"), y la segunda, como activación tibia ("warm start").  La activación fría es cuando la computadora está apagada, y la activación tibia es cuando la computadora está encendida, y se hace una reactivación ("restart"). 

No importa qué forma de activar la computadora se utilice, la unidad central de procesamiento va a ejecutar un programa de diagnóstico que se encuentra en ROM.  Este programa busca errores y garantiza que el disco tiene almacenado los programas IO.SYS y DOS.SYS.

El próximo paso es localizar los tres archivos del sistema DOS (IO.SYS, DOS.SYS y COMMAND.COM), y almacenarlos en RAM.

Luego, la computadora localiza el archivo CONFIG.SYS y carga las instrucciones que contiene.  El CONFIG.SYS contiene información que se utiliza para configurar la computadora y la pantalla.

Después de terminado el proceso de activación, el DOS busca en el disco un archivo AUTOEXEC.BAT.  El archivo AUTOEXEC.BAT es un archivo que se crea para decirle a la computadora que automáticamente comience con el programa indicado.  Ejemplo: se le puede indicar a la computadora que ejecute el programa Windows automáticamente.

Evaluación I

Unidad I

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