Introducción a la Informática

La informática trata de la adquisición, representación, almacenamiento o tratamiento y transmisión de la información. Estas operaciones se pueden realizar automáticamente utilizando máquinas (sistemas) denominadas computadoras.

En este capítulo se incluye un conjunto de conceptos que ayudan a contestar las siguientes preguntas sobre las computadoras: ¿qué son?, ?cómo se utilizan? y ¿para que sirven?

DEFINICIONES BÁSICAS

En este apartado se incluyen unas definiciones que precisan conceptos tales como informática, computador, programa, dato, intrucción y codificación de la información.

Informática es una palabra de origen francés formada por la contraccion de los vocablos INFORmación y autoMÁTICA. La Real Academia Española de la lengua define la informática como el conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posibles el tratamiento automático de la información por medio de los ordenadores.

El término información hace referencia aqui a la yuxtaposición de símbolos, con los que se representan convencionalmente hechos, objetos o ideas.

La informática, como disciplina, avanza gracias a la utilizacion de las metologiías seguidas para los desarrollos de tipo teórico y de tipo experimental, así como para el diseño de sistemas , por lo que considerarse tanto una ciencia como una ingeniería. La disciplina de informática es el cuerpo de conocimiento que trata del diseño, análisis, implementación, eficiencia, y aplicación de procesos que transforman la información

La palabra Informática suele utilizarse como sinónimo de Ciencia e Ingeniería de las Computadoras ( en inglés, Computer Sciense and Engineering), utilizandose habitualmente esta última terminología en los países anglosajone.

Computadora, computador u ordenador es una máquina capaz de aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y aritméticas, y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida;todo ello sin intervención de un operador humano y bajo el control de un programa de instrucciones previamente almacenado en la propia computadora.

Se entiende por operaciones lógicas funciones tales como comparar, ordenar, seleccionar o copiar símbolos, ya sean numéricos o no numéricos.  Una computadora puede considerarse como un sistema, cuyas salidas o resultados son función ( dependen) de sus entradas, constituidas por datos e instrucciones.

Los datos pueden ser captados directamente por la computadora (por ejemplo, detectando electrónicamente un sonido o fonema, un temperatura, la silueta de una figura, o el paso de un objeto), o pueden ser dados en forma de leras y números (grafismos).

Los grafismos (caracteres) resultan my útiles, dada la gran variedad de informaciones que con ellos se puedan representar. De hecho Esta es una de las formas más habituales de transmitir, comunicar o almacenar información en la sociedad actual: el lenguaje escrito. Los grafismos utilizados normalmente en informática son los caracteres especiales (símbolos ortográficos, aritméticos y otros). Cualquier información (datos o instrucciones) puede expresarse utilizando caracteres, y así ser introducida en la computadora. De igual forma, usualmente, la computadora nos dará los resultados en forma esccrita, utilizando caracteres.

En informática es frecuente codificar la información. Codificación es una transformacion que reprenta los elementos de un conjunto mediante los de otro, de forma tal que a cada elemento del primer conjunto le corresponda un elemento distinto del segundo

             Ejemplos de códigos son:

• El código postal aociado a las viviendas de un estado;
• El código de enfermedades definido por la Organización Mundial de la Salud (OMS). A cada enfermedad se la asigna de código;
• El número de un carné de identidad . A cada persona se le asocia un número. pudiendo referirse administrativamente a ella por medio de ese código.

Con los códigos se puede  comprimir y estructurar la información. La identificación de un coche por su matrícula (que ees un código más) es más corta que hacerlo, por ejemplo, por el nombre de su propietario, su marca, color y fecha de compra.

ESTRUCTURA FUNCIONAL DE LAS COMPUTADORAS

En esta sección se describen los elementos básicos de una computadora. Para ello, en primer lugar, (Sección 1.2.1) se analizan las unidades báscas que lo consituyen, después (Sección 1.2.2) se definen parámetros que sirven para determinar la capacidad y rendimiento de una computador.

Unidades Funcionales

Una computadora se compone de los siguientes elementos funcionales: unidades de entrada, unidades de salida, memoria principal, memoria masiva , unidad aritmético-lógica y unidad de control. Este diagrama corresponde a las primeras computadoras, denominadas computadoras von Neumann.

• Unidad de entrada (E). Es un dispositivo por ddonde se introducen en la computadora los datos e instrucciones. En estas unidades se transforman las informaciones de entrada en señales binarias de naturaleza eléctrica. Una misma computadora puede tener distintas unidades de entrada. Son unidades de entrada: un teclado, un ratón, una escáner de imágenes, una lectora de tarjetas de crédito, etc.
• Unidad de salida (S). Es un dispositivo por donde se obtienen los resultados de los programas ejecutados en la computadora. La mayor parte de estas unidades (una computadora suele tener varias de ellas) transforman las señales eléctricas binarias en información perceptible por el usuario. Son dispositivos de salida unidades tales como una pantalla, una impresora o un altavoz.
• Memoria principal (M).  Es la unidad donde se almacenan tanto los datos como las instrucciones, durante la ejecución de los programas. La memoria principal actúa con una gran velocidad y esta ligada directamente a las unidades más rápidas de la computadora (unidad de control y unidad aritmético-lógica). Para que  un programa se ejecute debe estar almacenado (cargado) en la memoria principal. En las computadoras actuales está  formada por circuitos electrónicos integrados (chips).
• Memoria masica. La memoria principal es muy rápida (puede leer o escribir millones de palabras en un solo segundo), pero no tiene gran capacidad para almacenar información y zona RAM es volátil. Para guardar masivamente información se utilizan otros tipos de memoria, tales como discos magnéticos, discos ópticos y cintas magnéticas, que son más lentos pero pueden tener mucha más capacidad que la memoria principal (del orden de un millón de veces más lentos y de mil veces más capaces, en el caso de un disco magnético).
• Unida aritmético-lógica (ALU). La aritmético-lógica o ALU (Arithmetic Logic Unit) contiene los circuitos electrónicos con los que se hacen las operaciones de tipo aritmético (sumas, restas, etc.) y de tipo lógico (comparar dos números, hacer operaciones del álgebra de boole binaria, etc.) Esta unidad también suele denominarse camino de datos (o rutas de datos) ya que aparte de contener los circuitos específicos para realizar las operaciones aritmético-lógicas (ALU, propiamente dicha), incluye otros elementos auxiliares por donde se transmiten o almacenan temporalmente (registros) los datos al objeto de operar con ellos.
• Unidad de control (CU, Control Unit). La unidad de control detecta señales eléctricas dde estado procedentes de las distintas unidades, indicando su situación o condición de funcionamiento. También capta secuencialmente de la memoria las instrucciones del programa, y, de acuerdo con el código de operación de la instrucción captada y con las señales de estado procedentes de los distintos elementos de la computadora, genera señales de control dirigidas a todas las unidades, ordenando las operaciones que implican la ejecución de la instrucción.

Parámeros para Caracterización de Prestaciones

Existen varias magnituds que determinan las prestaciones de las distintas unidades que componen una computadora. En relación con ellas, a continuación, vamos a examinar los conceptos de cpacidad de almacenamiento, tiempo de acceso, longitud de palabra, ancho de banda y rendimiento del procesador. Otros parámetros de interés, como la productividad y tiempo de respuesta, y que dan una valoración global del sistema, considerando tanto el comportamiento de la máquina como del sistema operativo.

La capacidad de almacenamiento se refiere a las posibilidades de una unidad para almacenar datos o instrucciones de formma temporal o fija. El procesador contiene registros de uso general, y su capacidad de almacenamiento viene dada por el número de ellos y su longitud. La capacidad de la memoria principal y dispositivos de memoria masiva se da en bytes (MG, GB, TB, etc.).

El tiempo de acceso de una unidad es el intervalo de tiempo que transcurre desde el instante en que se proporciona a la misma posición concreta del dato o instrucción que se quiere leer o escribir, y el instante en que se obtiene (lee) o graba (escribe) el mismo.

PROGRAMAS E INSTRUCCIONES

Una instrucción es un conjunto de símbolos que representa una orden de operación o tratamiento para la computadora. Las operaciones suelen realizarse con datos. Un programa es un conjunto ordenado de instrucciones que se dan a la computadora indicándole las operaciones o tareas que se desea realizar

Las instrucciones se forman con elementos o símbolos tomados de un determinado repertorio, y se contribuyen siguiendo unas reglas precisas. Todo lo relativo a los símbolos y reglas para construir o redactar con ellos un programa se denomina lenguaje de programación. Las instrucciones de un lenguaje de programación se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Instrucciones de transferencia de datos.
Instrucciones de tratamiento.
Instrucciones de flujo de control.
Otras instrucciones.

Los circuitos electrónicos de la unidad de control de la computadora sólo puedem interpretar instrucciones de un determinado lenguaje, denominado lenguaje máquina. Las instrucciones de este lenguaje estan formadas por bits (ceros y unos) agrupados usualmente en al menos bloques o campos. Unos de ellos es el código de operación y el otro una dirección. El código de operación (abreviadamente, codoop) indica la operación correspondiente a la instrucción.

TIPOS DE COMPUTADORAS

Clasificación según el modo de representar la información.

La información, en los procesos de su tratamiento, se representa mediante magnitudes físicas (tensión eléctrica, intensidad eléctrica, presión, etc.). Cuando las magnitudesfísicas pueden tomar un valor cualquiera dentro de un rango prefijado, se dice que el sisema correspondiente es un sistema analógico. Por ejemplo, la velocidad de uun vehículo se mide generando una tensión eléctrica proporcional a la velocidad, y esta puede tomar un valor cualquiera desde cero hasta el valor máximo, y de iguak forma la tensión que la representa puede tomar cualquier valor desde cero hasta un valor máximo.

Calculadoras analógicas

Son sistemas analógicos, en los que los datos se representan por señales físicas (eléctricas, por lo general) proporcionales a los valores de las variables. Se utilizan usualmente para resolver ecuaciones matemáticas (ecuaciones diferenciales), por simulacion. 

Calculadoras digitales y computadoras (u ordenadores)

Los datos se representan por señales eléctricas discretas (no continuas) que sólo pueden tomar dos valores. Ya se indicó la diferencia entre calculadora y computadora. En esta obra sólo nos referimos a las computadoras. Las computadoras son más lentas que las calculadoras analógicas, pero funcionan con mayor presición y su campo de aplicación es mucho más amplio.

Calculadoras híbridas o computadoras híbridas

Son las que tienen elementos o unidades de tipo analógico y de tipo digital.

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA GENERALIDAD DE USO

Otro criterio de clasificación de las computadoras hace referencia al uso o propósito para el que fueron diseñadas y construidas.

Compuadora de uso general 

Es la computadora que puede utilizarse para distinto tipo de aplicaciones, tales como gestión administrativa, cálculo científico o cálculos técnicos.

Computadora de uso específico

Es la computadora que únicamente puede utilizarse para un grupo de apliaciones determinado o una aplicación muy concreta y, por lo general, se construyen con microprocesadores.

NIVELES CONCEPTUALES DE DESCRIPCIÓN DE UNA COMPUTADORA

El hardware o soporte físico de una computadora es la máquina en sí: es el conjunto de circuitos electrónicos, cables, armarios, dispositivos electromecánicos, y otros elementos físicos que forman la computadora.

El software o soporte lógico de una computadora es el conjunto de programas (del sistema operativo, de utilidades y de los usuarios) ejecutables por la computadora. Para que una computadora funcione es necesario utilizar programas; es decir un computador con tan sólo sus elementos físicos no funciona: tan imprescindible es el hardware como el software. 

UTILIZACIÓN DE LAS COMPUTADORAS

Metodología 

Para usar una computadora se debe expresar todas las operaciones o tratamientos a efectuar desmenuzados en instrucciones del repertorio del lenguaje de programación que se va a utilizar. Para resolver una problema (confeccionar la nómina de una empresa, por ejemplo) con computadora es necesario definir y describir minuciosamente con rigor, cómo debe resolverse el problema. Para ello se suelen seguir las siguientes fases: 

1. Planteamiento o definición del problema 
2. Análisis
3. Programación
4. Prueba y depuración de la aplicación
5. Explotación de la aplicación

La ingeniería del software puede definirse como la disciplina que trata de los aspectos tecnológicos y metodológicos relacionados con el diseño, producción y mantenimiento sistemáticos de programas de computadoras. Desde el punto de vista de la ingeniería  del software el ciclo de vida de un producto tiene tres grandes fases: definición, desarrollo y mantenimiento; que pueden descomponerse en las siguientes cinco:

• Análisis
• Diseño
• Implantación
• Prueba
• Matenimiento

ORGANIZACIÓN DE LOS DATOS

Los datos e informaciones que se dan o almacenan en una comoutadora, no se introducen y guardan sin orden y al azar, sino que se estructuran y planifican de una forma adecuada, según un determinado formato. Esta organización es decidida por los analistas y programadores, y debe ser tenidaen cuenta en las instrucciones de lectura y escritura de los programas que utilizan o generan dicha información.

Archivo o fichero es un conjunto de informacion del mismo tipo (homogénea) referente a unos determinados elementos, tratada como una unidad de almacenamiento y organizada de forma estructurada para la recuperación de una elemento o dato individual.

APLICACIONES DE LA INFORMÁTICA 

Es bien conocido que uno de los agentes más importantes de la sociedad actual es la información; de ahí el gran desarrollo e interés de la informática, que tiene por objeto el tratamiento automático de la información. Hay pocas actividades humanas en que no tnega incidencia, de forma directa o indirecta, la informática.