1 1. Organización de un ordenador 2. Hardware de un ordenador 3. Software (programas) 4. Lenguajes de programación 5. Fases en la resolución de problemas con un programa 6. Breve historia de los lenguajes de programación de alto nivel
2 1. Organización de un ordenador Los primeros son de la década de los 40.
3 Los primeros PC aparecen en los 80. Los ordenadores transforman datos para obtener a la salida una información. Los datos de entrada y de salida pueden estar en formatos muy diversos. Es necesario hardware y software.
4 2. Hardware de un ordenador Los componentes más importantes son:
5 2.1 El procesador (CPU) Ejecuta las instrucciones del programa. Se encuentra integrado en un chip ? microprocesador Instrucciones sencillas a muy alta velocidad (~µs) Consta de dos partes : Unidad Aritmético Lógica (ALU) Unidad de Control (UC) Ejemplo de un programa que suma dos números: leer (a) leer (b) r=a+b Imprimir (r)
6 2.2 Memoria Se clasifica en: Memoria principal, interna, central o memoria RAM Memoria de almacenamiento secundario, externa o auxiliar
7 Memoria pincipal Se conoce como memoria RAM, aunque está formada por dos tipos de memorias: Memoria RAM (Random Access Memory o Memoria de Acceso Aleatorio). Memoria ROM (Read Only Memory o Memoria de sólo lectura).
8 Memoria RAM de la memoria principal Es una memoria volátil. Se puede leer y escribir en cualquier dirección. La memoria RAM tiene dos partes: Memoria de programa Memoria de datos Tipos: SDR SDRAM, DDR SDRAM, DDR 2 SDRAM, DDR 3 SDRAM Y RDRAM. Valores típicos son 1 GB, 2GB o 4GB. Tiempo de acceso: del orden de ns.
9 Memoria ROM de la memoria principal No es volátil. Es sólo de lectura; ya viene de fábrica grabada. Se encuentra en un chip llamado BIOS. Es una pequeña parte de la memoria principal. Almacena las instrucciones necesarias para arrancar el ordenador.
10 La memoria caché es una memoria que sirve de almacenamiento intermedio entre el procesador y la memoria principal. La memoria caché es memoria SRAM; más rápida pero también mucho más cara que la memoria principal. Se utiliza para almacenar temporalmente la información que se utiliza con más frecuencia.
11 Memorias de almacenamiento secundario Almacenan datos o programas de forma permanente. Para su uso deben pasar a la memoria principal. Esta operación se realiza mediante órdenes al sistema operativo. Es más lenta que la memoria principal ya que está formada por componentes electrónicos y mecánicos. Por ejemplo: discos duros, DVD, disquetes …
12 2.3 Dispositivos de E/S Permiten la comunicación entre el usuario y el ordenador Dispositivos de entrada: teclado, ratón, lápiz óptico, joystick, lector de códigos de barras, escáner, micrófono… Dispositivos de salida: Pantalla, impresora, trazador gráfico o plotter, reconocedores de voz, altavoces… Dispositivos de entrada/salida: monitor táctil, tarjeta de red, impresora multifunción… Los dispositivos de E/S y los dispositivos de almacenamiento secundario se llaman dispositivos periféricos o simplemente periféricos.
13 /* MEMORIAS*/ Bit: 0 o 1, es la unidad elemental de memoria (b). Byte: son 8 bits (B). Una dirección es un número que nos indica una &. Una palabra es el contenido de una dirección de memoria. Valores típicos son 8, 16, 32 o 64 bits. Cuando escribimos en una dirección de memoria se borra lo que había antes. En la ejecución de un programa, en una misma dirección de memoria, se pueden almacenar distintos valores:
14 /* Programa que calcula an*/ leer(a) leer(n) r=1 mientras(n>0) {r=r*a n=n-1} imprimir(r)
15 El tamaño de una memoria se calcula multiplicando el nº de palabras por el tamaño de las palabras. En las memorias se utilizan las siguientes unidades: 1 K (Ka)= 210 1M (Mega)= 220 1G (Giga)=230 1T (Tera) =240
16 2.4 Memorias de almacenamiento secundario La memoria RAM es volátil y limitada. E tiempo de acceso a la información es mayor que en la memoria principal. Tiene mayor capacidad de almacenamiento que la memoria principal. También se conocen como memorias auxiliares o externas. Las más conocidas son: Cintas magnéticas Discos magnéticos: discos duros y disquetes Discos ópticos: CD y DVD Discos duros virtuales Discos flash
17 Cintas magnéticas Son los primeros dispositivos de almacenamiento secundario que se usaron. Se siguen utilizando para hacer copias de seguridad o para bases de datos en grandes ordenadores. Ventaja: gran capacidad de almacenamiento a bajo coste. Desventaja: acceso secuencial Cuanto mayor es la capacidad, mayor es la longitud y mayor el tiempo de acceso.
18 Discos magnéticos Tipos: Discos duros Discos flexibles o disquetes Ventaja: acceso aleatorio
19 Disquetes Material flexible Ventajas: transportabilidad, precio y compatibilidad con otros ordenadores Desventajas: baja capacidad (1.44MB) y baja fiabilidad Los primeros disquetes eran de 8’’ (pulgadas) Luego aparecieron los de 5 1/4 (5.25’’) de 360KB a 1,2 MB Hoy en día son de 3,5’’ y 1.44MB Cada vez su uso es menor
20 Discos duros Aparecen en la década de los 80 con una capacidad de 10MB. Están constituidos por material rígido sobre el que se deposita una capa de material magnetizable. Ventajas frente a los disquetes: capacidad de almacenamiento y tiempos de acceso a los datos. Cada vez son más pequeños y de mayor capacidad. Valores típicos son 120GB, 500 GB, 1 TB… Tipos: Fijos: dentro de una carcasa sellada y no se pueden extraer del ordenador. Extraíbles: internos y externos.
21 Las partes de un disco duro son: La unidad es un conjunto de componentes electrónicos y mecánicos que hacen posible el almacenamiento y recuperación de los datos en el disco. El disco es, en realidad, una pila de discos, llamados platos, que almacenan información magnéticamente. Cada uno de los platos tiene dos superficies magnéticas, caras: la superior y la inferior. Estas superficies magnéticas están formadas por millones de pequeños elementos capaces de ser magnetizados positiva o negativamente. De esta manera, se representan los dos posibles valores que forman un bit de información (un cero o un uno).
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23 Cada cara tiene asignado uno de los cabezales de lectura/escritura de la unidad. Los cabezales no pueden tocar la superficie del discos; se sitúan a µm. El conjunto de cabezales se puede desplazar linealmente desde el exterior hasta el interior de la pila de platos mediante un brazo mecánico que los transporta. Para que los cabezales tengan acceso a la totalidad de los datos, es necesario que la pila de discos gire. Este giro se realiza a velocidad constante y no cesa mientras esté encendido el ordenador. En cambio, en los discos flexibles sólo se produce el giro mientras se está efectuando alguna operación de lectura o escritura. El resto del tiempo, la disquetera permanece en reposo. Con las unidades de CD-ROM ocurre algo similar, sin embargo en este caso la velocidad de giro no es constante y depende de la distancia al centro del dato que se esté leyendo.
24 Operación de lectura en el disco duro: Desplazar los cabezales de lectura/escritura hasta el lugar donde empiezan los datos. Esperar a que el primer dato, que gira con los platos, llegue al lugar donde están los cabezales. Leer el dato con el cabezal correspondiente. La operación de escritura es similar. En lugar de leer la información los cabezales de lectura/escritura magnetizan positiva o negativamente.
25 Cada una de las caras se divide en anillos concéntricos llamados pista. Un cilindro es la misma pista de todos los discos. Además, cada pista se divide en sectores. Los sectores son las unidades mínimas de información que puede leer o escribir un disco duro. Generalmente, cada sector almacena 512 bytes de información.
26 El número total de sectores de un disco duro se puede calcular: nº sectores = nº caras * nº pistas/cara * nº sectores/pista. Por tanto, cada sector queda unívocamente determinado si conocemos los siguientes valores: cabezas, cilindros y sectores. Por ejemplo, el disco duro ST33221A de Seagate tiene las siguientes especificaciones: cilindros = 6.253, cabezas = 16 y sectores = 63. El número total de sectores direccionables es, por tanto, 6.253*16*63 = 6.303.024 sectores. Si cada sector almacena 512 bytes de información, la capacidad máxima de este disco duro será de 6.303.024 sectores * 512 bytes/sector = 3.227.148.228 bytes ~ 3 GB. Las cabezas y cilindros comienzan a numerarse desde el cero y los sectores desde el uno. En consecuencia, el primer sector de un disco duro será el correspondiente a la cabeza 0, cilindro 0 y sector 1.
27 La estructura lógica de un disco duro está formada por: El sector de arranque (Master Boot Record) Espacio particionado Espacio sin particionar
28 El sector de arranque es el primer sector de todo disco duro (cabeza 0, cilindro 0, sector 1). En él se almacena la tabla de particiones y un pequeño programa master de inicialización, llamado también Master Boot. Este programa es el encargado de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa. Si no existiese partición activa, mostraría un mensaje de error. El espacio particionado es el espacio del disco que ha sido asignado a alguna partición. El espacio no particionado, es espacio no accesible del disco ya que todavía no ha sido asignado a ninguna partición.
29 Ejemplo: un disco duro con espacio particionado (2 particiones primarias y 2 lógicas) y espacio todavía sin particionar.
30 El caso más sencillo consiste en un sector de arranque que contenga una tabla de particiones con una sola partición, y que esta partición ocupe la totalidad del espacio restante del disco. En este caso, no existiría espacio sin particionar. Como mínimo, es necesario crear una partición para cada disco duro. Esta partición puede contener la totalidad del espacio del disco duro o sólo una parte.
31 Particiones y directorios permiten organizar datos en un mismo disco duro. Diferencias entre particiones y directorios: 1ª) Las particiones son divisiones de tamaño fijo del disco duro; los directorios son divisiones de tamaño variable de la partición. 2ª) Las particiones ocupan un grupo de cilindros contiguos del disco duro (mayor seguridad); los directorios suelen tener su información desperdigada por toda la partición. 3ª) Cada partición del disco duro puede tener un sistema de archivos (sistema operativo) distinto; todos los directorios de la partición tienen el sistema de archivos de la partición.
32 Las razones que nos pueden llevar a crear más de una partición por disco se suelen reducir a tres: Razones organizativas: Un ordenador que es compartido por más de un usuario y, con objeto de lograr una mejor organización y seguridad de sus datos deciden utilizar particiones separadas. Instalación de más de un sistema operativo. Debido a que cada sistema operativo requiere (como norma general) una partición propia para trabajar, si queremos instalar dos sistemas operativos a la vez en el mismo disco duro (por ejemplo, Windows 98 y Linux), será necesario particionar el disco. Razones de eficiencia. Por ejemplo, suele ser preferible tener varias particiones FAT pequeñas antes que una gran partición FAT. Esto es debido a que cuanto mayor es el tamaño de una partición, mayor es el tamaño del grupo (cluster) y, por consiguiente, se desaprovecha más espacio de la partición.
33 Las particiones pueden ser de dos tipos: primarias o lógicas. Las particiones lógicas se definen dentro de una partición primaria especial denominada partición extendida. En un disco duro sólo pueden existir 4 particiones primarias (incluida la partición extendida, si existe). Las particiones existentes deben inscribirse en una tabla de particiones de 4 entradas situada en el primer sector de todo disco duro. De estas 4 entradas de la tabla puede que no esté utilizada ninguna (disco duro sin particionar, tal y como viene de fábrica) o que estén utilizadas una, dos, tres o las cuatro entradas. En cualquiera de estos últimos casos (incluso cuando sólo hay una partición), es necesario que en la tabla de particiones figure una de ellas como partición activa. La partición activa es aquella a la que el programa de inicialización (Master Boot) cede el control al arrancar. El sistema operativo de la partición activa será el que se cargue al arrancar desde el disco duro.
34 Conclusiones: Para que un disco duro sea utilizable debe tener al menos una partición primaria. Además para que un disco duro sea arrancable debe tener activada una de las particiones y un sistema operativo instalado en ella. Esto quiere decir que el proceso de instalación de un sistema operativo en un ordenador consta de la creación de su partición correspondiente, instalación del sistema operativo (formateo de la partición y copia de archivos) y activación de la misma.
35 No es posible crear más de cuatro particiones primarias. Este límite se logra subsanar mediante la creación de una partición extendida (como máximo una). Esta partición ocupa, una de las cuatro entradas posibles de la tabla de particiones. Dentro de una partición extendida se pueden definir particiones lógicas sin límite. El espacio de la partición extendida puede estar ocupado en su totalidad por particiones lógicas o bien, tener espacio libre sin particionar. Si hay una partición extendida, en la tabla de particiones del Master Boot Record debe existir una entrada con una partición extendida (la cual no tiene sentido activar). Esta entrada apunta a una nueva tabla de particiones similar a la ya estudiada, de la que sólo se utilizan sus dos primeras entradas. La primera entrada corresponde a la primera partición lógica; la segunda, apuntará a una nueva tabla de particiones. Esta nueva tabla contendrá en su primera entrada la segunda partición lógica y en su segunda, una nueva referencia a otra tabla. De esta manera, se va creando una cadena de tablas de particiones hasta llegar a la última, identificada por tener su segunda entrada en blanco.
36 Particiones primarias y particiones lógicas: Hay una diferencia importante: sólo las particiones primarias se pueden activar. Además, algunos sistemas operativos no pueden acceder a particiones primarias distintas a la suya. Conclusión: los sistemas operativos deben instalarse en particiones primarias, ya que de otra manera no podrían arrancar. El resto de particiones que no contengan un sistema operativo, es más conveniente crearlas como particiones lógicas. Por dos razones: primera, no se malgastan entradas de la tabla de particiones del disco duro y, segunda, se evitan problemas para acceder a estos datos desde los sistemas operativos instalados. Las particiones lógicas son los lugares ideales para contener las unidades que deben ser visibles desde todos los sistemas operativos. Algunos sistemas operativos presumen de poder ser instalados en particiones lógicas (Windows NT), sin embargo, esto no es del todo cierto: necesitan instalar un pequeño programa en una partición primaria que sea capaz de cederles el control.
37 Estructura lógica de las particiones: Dependiendo del sistema de archivos utilizado en cada partición, su estructura lógica será distinta. En los casos de MS-DOS y Windows 95, está formada por sector de arranque, FAT, copia de la FAT, directorio raíz y área de datos. De todas formas, el sector de arranque es un elemento común a todos los tipos de particiones. Todas las particiones tienen un sector de arranque (el primero de la partición) con información relativa a la partición. Si la partición tiene instalado un sistema operativo, este sector se encargará de arrancarlo. Si no hubiese ningún sistema operativo (como es el caso de una partición para datos) y se intentara arrancar, mostraría un mensaje de error.
38 Secuencia de arranque de un ordenador: Todos los ordenadores disponen de un pequeño programa almacenado en memoria ROM (Read Only Memory, memoria de sólo lectura), encargado de tomar el control del ordenador en el momento de encenderlo. Lo primero que hace el programa de arranque es un breve chequeo de los componentes hardware. Si todo está en orden, intenta el arranque desde la primera unidad física indicada en la secuencia de arranque. Si el intento es fallido, repite la operación con la segunda unidad de la lista y así hasta que encuentre una unidad arrancable. Si no existiese ninguna, el programa de arranque mostraría una advertencia. Esta secuencia de arranque se define en el programa de configuración del ordenador (también llamado Setup, CMOS o BIOS). Suponiendo que arrancamos desde el disco duro, el programa de arranque de la ROM cederá el control a su programa de inicialización (Master Boot). Este programa buscará en la tabla de particiones la partición activa y le cederá el control a su sector de arranque. El programa contenido en el sector de arranque de la partición activa procederá al arranque del sistema operativo.
39 Sistemas de archivos: Un sistema de archivos es una estructura que permite tanto el almacenamiento de información en una partición como su modificación y recuperación. Para que sea posible trabajar en una partición es necesario asignarle previamente un sistema de archivos. Esta operación se denomina dar formato a una partición. Generalmente cada sistema de archivos ha sido diseñado para obtener el mejor rendimiento con un sistema operativo concreto (FAT para DOS, FAT32 para Windows 98, NTFS para Windows NT, HPFS para OS/2…). Sin embargo, es usual que el mismo sistema operativo sea capaz de reconocer múltiples sistemas de archivos.
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