Resumen: Estructura funcional del hardware

📋 Esquema del Curso

1. Conceptos de sistemas informáticos
2. Tipos y generaciones de ordenadores
3. Representación binaria de la información
4. Unidades de almacenamiento digital
5. Arquitectura de un sistema informático
6. Modelos Von Neumann y Harvard

📅 Fechas clave

1. 1940–1956La primera generación de ordenadores utilizaba tubos de vacío, código máquina, tarjetas perforadas y un consumo eléctrico muy alto; ejemplos de esta generación son ENIAC y UNIVAC I.
2. 1956–1964La segunda generación introdujo los transistores, lenguajes de alto nivel como COBOL y FORTRAN, menor tamaño y consumo, mayor fiabilidad y sistemas operativos básicos.
3. 1964–1971La tercera generación se basó en circuitos integrados, aumentó la velocidad y la capacidad de procesamiento y popularizó el uso empresarial.
4. 1971–1981La cuarta generación introdujo los microprocesadores, originó el ordenador personal y difundió las interfaces gráficas y el software comercial.

📖 1. Conceptos de sistemas informáticos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Informática : Conjunto de conocimientos y técnicas para el tratamiento automático de la información.
• Ordenador : Máquina electrónica capaz de tratar información mediante la resolución de problemas aritméticos y lógicos, formada por el hardware.
• Programa : Conjunto de instrucciones ejecutadas ordenadamente para realizar una tarea y forma parte del software.
• Sistema informático : Sistema que permite almacenar, procesar y transmitir información mediante partes interrelacionadas: hardware, software y personal informático.
• Lenguaje de programación : Conjunto de reglas sintácticas y semánticas para construir programas.

📝 Puntos esenciales

• Los sistemas informáticos se dividen en dos grandes componentes: hardware y software.

💡 Truco mnemotécnico

Hardware ejecuta físicamente; software dirige mediante instrucciones.

📖 2. Tipos y generaciones de ordenadores

★ Imprescindible

• La séptima generación utiliza:
  • inteligencia artificial
  • computación cuántica
  • nanotecnología
  • procesamiento paralelo y distribuido
  • asistentes virtuales
  • aprendizaje automático
  • computación en la nube

Complementos

• Los tipos de ordenadores incluyen:

  • equipos de uso general
  • equipos de uso específico
  • supercomputadoras
  • mainframes
  • minicomputadoras
  • microcomputadoras
  • ordenadores cuánticos

• La quinta generación integró inteligencia artificial y procesamiento del lenguaje natural, y comenzó en Japón en 1981 como un proyecto nacional.

• La sexta generación se caracterizó por la computación interpersonal y el diseño todo-en-uno, con ejemplos como NeXTstation e iMac G3.

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Tubos → transistores → circuitos integrados → microprocesadores → IA.

📖 3. Representación binaria de la información

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Bit : Cada cifra binaria que representa uno de dos estados eléctricos: encendido, 1, o apagado, 0.

★ Imprescindible

• Ocho bits forman un byte y permiten representar 256 valores distintos, porque $2^8=256$.

• Los sistemas informáticos transforman texto, imágenes y sonido en combinaciones de 0 y 1, y el software convierte los datos humanos a binario y viceversa.

• Los principales sistemas de codificación son:

  • ASCII, con 7 bits para letras, números y símbolos básicos
  • ISO-8859-1, con 8 bits e inclusión de letras acentuadas
  • UTF-8, con 1 a 4 bytes para todos los idiomas

Complementos

• El número decimal 5 se representa en binario como 00000101 y el número decimal 255 como 11111111.

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Un interruptor con dos posiciones, 0 y 1, transforma texto, imágenes y sonido.

📖 4. Unidades de almacenamiento digital

📝 Puntos esenciales

• Según ISO/IEC 80000-13, un kibibyte equivale a $2^{10}=1024$ bytes, un mebibyte a $2^{20}$ bytes, un gibibyte a $2^{30}$ bytes, un tebibyte a $2^{40}$ bytes y un pebibyte a $2^{50}$ bytes.

• En el sistema internacional decimal, un kilobyte equivale a $10^3=1000$ bytes, un megabyte a $10^6$ bytes, un gigabyte a $10^9$ bytes, un terabyte a $10^{12}$ bytes y un petabyte a $10^{15}$ bytes.

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kibi, mebi y gibi usan potencias de 2; kilo, mega y giga usan potencias de 10.

📖 5. Arquitectura de un sistema informático

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Arquitectura de sistema informático : Define su estructura funcional, establece cómo se conectan y comunican sus componentes internos y afecta al rendimiento, el diseño y la compatibilidad.

📝 Puntos esenciales

• El tratamiento informático transforma los datos de entrada mediante un proceso para producir información de salida.

• En la arquitectura de Von Neumann, un programa se busca en la memoria principal, sus instrucciones pasan una a una a la unidad central de proceso, allí se realizan las operaciones y los resultados regresan a la memoria principal.

💡 Truco mnemotécnico

Datos de entrada → proceso → información de salida.

📖 6. Modelos Von Neumann y Harvard

★ Imprescindible

📌 La arquitectura de Harvard utiliza memorias separadas para instrucciones y datos y permite el acceso simultáneo mediante buses independientes, por lo que es más compleja, rápida y segura.

📌 La arquitectura de Von Neumann utiliza una única memoria para datos e instrucciones y un bus compartido, por lo que es más sencilla y económica, pero presenta un cuello de botella en el acceso.

Complementos

• La arquitectura de Von Neumann sigue presente en ordenadores personales y portátiles tradicionales, mientras que Harvard es común en microcontroladores y sistemas embebidos como Arduino.

• Las arquitecturas híbridas combinan características de Von Neumann y Harvard para mejorar el rendimiento; Intel y AMD utilizan un modelo Von Neumann híbrido, mientras que PIC, AVR y ARM Cortex-M utilizan arquitecturas Harvard.

💡 Truco mnemotécnico

Von Neumann comparte memoria y bus; Harvard separa memorias y buses.

📊 Tablas de síntesis

Comparación de arquitecturas