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CONCEPTOS BÁSICOS DE INFORMÁTICA
CONTENIDO
1.1 INTRODUCCIÓN
1.1.1 Transistores y circuitos integrados 1.1.2 ¿Qué es un programa? 1.1.3 Datos de entrada y datos de salida 1.1.4 Hardware y software 1.2 LAS COMPUTADORAS DIGITALES 1.2.1 Componentes de una computadora digital 1.2.2 Periféricos 1.3 TIPOS DE PROGRAMAS 1.3.1 Software de aplicación 1.3.2 Software del sistema 1.3.3 Software de red 1.4 REDES INFORMÁTICAS 1.4.1 Redes cliente/servidor e igual a igual 1.4.2 Redes de área local y de área extensa 1.4.3 Internet 1.4.4 El protocolo TCP/IP 1.4.5 La World Wide Web 1.4.6 Intranets
OBJETIVOS
Saber distinguir entre software y hardware. Entender el funcionamiento básico de una computadora. Conocer la utilidad de las redes informáticas.
Un programa informático es un conjunto de instrucciones que indican a la computadora las operaciones que ésta debe realizar con unos datos determinados. Pero, ¿de qué está compuesta una computadora?, ¿cómo es ésta capaz de ejecutar un programa?, ¿dónde se almacenan los datos?
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1.1 INTRODUCCIÓN
Existen disciplinas como la física o la química que se estudian desde hace siglos. Sin embargo, tan solo hace unas pocas décadas que la informática (término proveniente del francés, "informatique" ) forma parte de los planes de estudio de universidades, institu- tos y escuelas. Aun así, en todo el mundo se producen, casi a diario, numerosos avan- ces tecnológicos relacionados con la informática; avances en medicina, electrónica, comunicaciones, transporte y un largo etcétera, son consecuencias directas de su apli- cación. La informática (acrónimo de infor mación auto mática ) se puede definir como una mezcla de ciencia y tecnología que estudia y posibilita el tratamiento automático y ra- cional de la información por medio de computadoras (del inglés, "computer" ), también llamados ordenadores (del francés, "ordinateur" ) o equipos informáticos. Atendiendo al tipo de datos que procesa una computadora, ésta puede ser de dos tipos: analógica o digital. Una computadora analógica manipula datos analógicos. Los datos analógicos son magnitudes que pueden tomar valores de un rango continuo. Por ejemplo, la temperatura de un cuerpo, la altura de una persona, etc. Gráficamente, los datos analógicos se pueden representar con una línea continua.
Tiempo
Temperatura
Figura 1.1 Dato analógico: temperatura de un cuerpo a lo largo del tiempo.
Matemáticamente, todos los datos analógicos pueden ser representados con núme- ros reales. Las computadoras analógicas suelen trabajar con niveles de tensión o pre- siones hidráulicas. Por el contrario, una computadora digital trabaja con datos digitales. Los datos digitales son magnitudes que sólo pueden tomar valores de un rango discreto. Por ejemplo, el número de habitantes de una ciudad, el número de hijos de una persona, etc. De manera gráfica, los datos digitales se pueden representar mediante una línea discontinua de puntos.
Tiempo
Número de habitantes de una ciudad
Figura 1.2 Dato digital: número de habitantes de una ciudad a lo largo del tiempo.
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Un circuito integrado está formado por varios componentes miniaturizados, tales como: transistores, resistencias, condensadores, etc. Estos dos grandes inventos, el transistor y el chip, son la base fundamental de casi todos los avances electrónicos pro- ducidos desde su aparición. Hoy en día es posible integrar en un solo chip, también llamado microchip , millones de transistores agrupados en láminas de silicio del tamaño de una uña. Esto es posible gracias a que los transistores son microscópicos y, además, consumen muy poca energía eléctrica.
Kilby, en el año 2000, también fue galardonado con el Premio Nobel de Física por su gran aportación al desarrollo de los circuitos integrados.
1.1.2 ¿Qué es un programa?
Una computadora es una máquina programable, es decir, capaz de ejecutar programas desarrollados por programadores. Un programa es un conjunto de instrucciones u ór- denes que indican a la máquina las operaciones que ésta debe realizar con unos datos determinados. En general, todo programa indica a la computadora cómo obtener unos datos de salida , a partir de unos datos de entrada. En la figura 1.4 se muestra, gráfica- mente, el funcionamiento básico de un programa.
Programa
Computadora
Datos de entrada Datos de salida
Figura 1.4 Funcionamiento básico de un programa en una computadora digital.
EJEMPLO 1.2 Un programa que sirva para realizar la suma de dos números enteros cualesquiera (por ejemplo, del 3 y el 5), podría representarse de la siguiente manera:
Programa Sumar
Computadora
3 y 5 8
Figura 1.5 Programa sumar.
1.1.3 Datos de entrada y datos de salida
Los datos de entrada (en el ejemplo, los números 3 y 5) son los que la computadora va a procesar. Los datos de salida (en este caso, sólo el número 8) son datos deriva-
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dos , es decir, obtenidos a partir de los datos de entrada. Por esta razón, a los datos de salida se les considera más significativos que a los datos de entrada. Ambos tipos de datos son información (textos, imágenes, sonidos, vídeos,...) que maneja la computa- dora. Sin embargo, en un sentido más filosófico, a los datos de entrada se les considera la materia prima de los datos de salida, considerados estos como la verdadera infor- mación.
1.1.4 Hardware y software
Al conjunto de componentes tangibles (o físicos ) de una computadora se le denomina hardware , mientras que, al conjunto de programas y datos con los que trabaja se le co- noce como software , el cual es inmaterial (o lógico ). Dicho de otra forma, el hardware se puede ver y tocar, pero el software no.
El software y el hardware son interdependientes, esto quiere decir que todos los programas necesitan de un hardware donde poder ejecutarse, y al revés, cualquier hardware que no esté programado no hace nada. Por consiguiente, en todo sistema in- formático existe un soporte físico, llamado hardware, y un soporte lógico denominado software.
1.2 LAS COMPUTADORAS DIGITALES
Conceptualmente, las computadoras digitales actuales son muy similares entre sí, ya que, todas ellas están basadas en una arquitectura propuesta en 1946 por el estadouni- dense John von Neumann (1903-1957). Ahora bien, casi todas las computadoras ac- tuales se pueden clasificar en cuatro tipos básicos: computadoras personales , estacio- nes de trabajo , minicomputadoras y mainframes.
Las computadoras personales ( Personal Computer , PC ) tienen un tamaño ade- cuado para un escritorio y son las más asequibles económicamente. En un principio, los PCs fueron pensados y diseñados, especialmente, para uso doméstico, si bien, hoy en día se utilizan en multitud de ámbitos. Dentro de esta categoría de ordenadores se in- cluyen los portátiles , que son muy cómodos de transportar, debido a su reducido peso y tamaño.
Por otro lado, las estaciones de trabajo tienen, en general, mayores prestaciones (de cálculo, de gráficos, de comunicaciones,...) que los PCs, y se utilizan, sobre todo, en oficinas de trabajo. No obstante, las diferencias entre ambos tipos de computadoras son cada vez más pequeñas, y a las dos se les considera microcomputadoras.
Las minicomputadoras son de mayor potencia y tamaño que cualquier PC o esta- ción de trabajo y, por tanto, más caras. Estas computadoras son usadas principalmente en universidades, laboratorios o empresas medianas. Pero, cuando las prestaciones re- queridas son todavía mayores, entonces se utiliza el mainframe , que es un ordenador mucho más grande y caro. Esta computadora se emplea, fundamentalmente, en centros de investigación, instituciones gubernamentales y empresas grandes. A esta categoría pertenecen las llamadas supercomputadoras , que son las computadoras más grandes que existen en el mundo, capaces de realizar billones de instrucciones por segundo.
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Unidad de almacenamiento secundario. El disco duro es el elemento más distinguido de esta unidad, que permite "almacenar" o "guardar" , por tiempo indefinido, grandes cantidades de datos y programas. Otros dispositivos de al- macenamiento secundario son: el disco flexible o disquete , el CD ( Compact Disc ), el DVD ( Digital Versatile Disc ), etc. A la unidad de almacenamiento secundario también se le llama memoria auxiliar o memoria externa. Además, a todos los dispositivos de esta clase, también se les puede considerar unidades de entrada/salida. Para que las unidades funcionales más importantes de una computadora puedan "comunicarse" entre sí, existe un elemento que las interconecta, llamado bus del sis- tema. Físicamente, el bus del sistema es un conjunto de cables. En la figura 1.6 se re- presentan, de manera gráfica, las unidades funcionales más importantes de una com- putadora; las flechas indican las direcciones que pueden tomar los datos.
Unidad de salida Bus del sistema
Unidad de almacenamiento secundario
Unidad aritmética y lógica
Unidad de control
Unidad central de proceso
Unidad de memoria
Unidad de entrada
Figura 1.6 Unidades funcionales más importantes de una computadora digital.
1.2.2 Periféricos
Una computadora no puede funcionar si le falta el procesador o la memoria principal. Sin embargo, las unidades de entrada, de salida y de almacenamiento no son impres- cindibles y, por esta razón, se les considera dispositivos periféricos o, simplemente, periféricos. Otra característica común a todos ellos es que son fuente y/o destino de los datos utilizados por los programas. Las computadoras se componen de otros muchos elementos, tales como: la placa base , la BIOS , el chipset , etc. En un PC, lo normal es que todos ellos estén dentro de una caja o torre , a la que comúnmente también se le denomina CPU, aunque técnica- mente la CPU sea otra cosa. Respecto a esta caja, se dice que los periféricos pueden ser internos o externos. La mayoría de los periféricos son externos, tales como: impreso- ras, teclados, ratones, etc. Pero, también existen otros periféricos que pueden ser inter- nos o externos, como por ejemplo: discos duros, módems, etc.
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1.3 TIPOS DE PROGRAMAS
A la persona que desarrolla un programa se le llama programador , y no tiene que ser, necesariamente, la misma que la que hace uso de dicho programa. A esta segunda per- sona se le denomina usuario. De hecho, la mayoría de los usuarios no necesitan tener conocimientos avanzados de informática para utilizar los programas. Por ejemplo, un usuario común no necesita saber que casi todos los programas se pueden clasificar den- tro de tres categorías principales: software de aplicación , software del sistema y soft- ware de red.
1.3.1 Software de aplicación
La mayoría de los usuarios de programas no tienen conocimientos de programación , pero, sí saben cómo utilizar los programas que ejecutan, tales como: procesadores de texto, gestores de bases de datos, hojas de cálculo, juegos, etc. Estos programas entran dentro de la categoría de software de aplicación , también llamados aplicaciones de usuario o, simplemente, aplicaciones. Un programa, por sí solo, puede constituir una aplicación informática. Sin em- bargo, lo normal es que el término aplicación haga referencia a un software compuesto por un conjunto de programas relacionados entre sí. A las aplicaciones que "ayudan en el trabajo a los humanos" se les considera herramientas de software.
1.3.2 Software del sistema
Además de los programas de aplicación, también existen otros muchos que pueden pa- sar desapercibidos al usuario común. De ellos, los más importantes pertenecen al sis- tema operativo , el cual hace posible que la máquina funcione, ya que, gestiona los re- cursos hardware solicitados por las aplicaciones. El sistema operativo sirve de inter- mediario ( interfaz ) entre los programas y la computadora. De forma que, cuando un usuario ejecuta un programa, éste solicitará al sistema operativo las acciones que quiere realizar en la máquina para satisfacer al usuario.
Hardware
Aplicaciones
Sistema Operativo
Figura 1.7 Relación entre las aplicaciones, el sistema operativo y el hardware.
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trucciones solicitarán al usuario los números que éste desea sumar. De manera que, la ejecución del programa se detendrá, en ambas ocasiones, a la espera de que el usuario teclee dichos números.
- Introducir los datos de entrada. El usuario debe teclear un número (por ejemplo, el 3) y pulsar Enter , y realizar la misma operación para el segundo número (por ejemplo, el 5). A continuación, la unidad aritmético/lógica cal- culará la suma, que en este caso resultará ser 8. Los tres datos también se guardarán en la memoria.
MEMORIA
Programas del sistema operativo
Programa Sumar
3 5 8
... (memoria libre) ...
Figura 1.10 Memoria ocupada por datos e instrucciones del programa Sumar y por programas del sistema operativo.
Posteriormente, el resultado de calcular la suma de los dos números de entrada se mostrará por la pantalla del monitor, en donde el usuario podrá ver algo pa- recido a:
Figura 1.11 Salida por pantalla del programa Sumar.
En el transcurso de la ejecución de este programa, el usuario interviene dos ve- ces, ambas para escribir los números que quiere sumar. En cierta manera, se ha producido un diálogo entre el usuario y la máquina, o dicho de otra forma, para que este programa se ejecute de principio a fin, es necesario que el usuario
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participe en algún momento dado. A este tipo de programas se les denomina interactivos. Los videojuegos son excelentes ejemplos de programas interacti- vos, ya que, en ellos, el usuario interactúa constantemente con la máquina.
- Finalizar el programa. Llegados a este punto, el programa Sumar finalizará después de que el usuario pulse cualquier tecla. En consecuencia, el sistema operativo liberará el espacio de memoria ocupado por las instrucciones del programa y por todos los datos utilizados en su ejecución (en este caso tres datos). Después de ejecutar cualquier programa siempre hay que dejar libre el espacio de memoria ocupado y, así, dejar hueco para que otros programas puedan ejecutarse.
- Apagar el ordenador. Si ahora el usuario decide apagar el ordenador, tam- bién se liberará el espacio de memoria ocupado por los programas del sistema operativo y todo volverá a estar como al principio. Grosso modo, esto es lo que sucederá cuando se ejecute el programa Sumar. En la explicación se han pasado por alto muchos detalles técnicos. Sin embargo, obsérvese que, en el proceso han participado todas las unidades principales de la computadora.
1.3.3 Software de red
Además de los dos tipos de programas ya citados (de aplicación y del sistema), también es importante conocer la existencia de una tercera categoría, llamada software de red. En ella se incluyen programas relacionados con la interconexión de equipos informáti- cos , es decir, programas necesarios para que las redes de computadoras funcionen. Entre otras cosas, los programas de red hacen posible la comunicación entre las com- putadoras, permiten compartir recursos (software y hardware) y ayudan a controlar la seguridad de dichos recursos.
1.4 REDES INFORMÁTICAS
Una red informática está compuesta por un conjunto de equipos informáticos conec- tados entre sí mediante distintos elementos de conexión , tales como: cables , tarjetas de red , dispositivos inalámbricos , etc. La función principal de una red de ordenadores es permitir a los usuarios de la misma compartir recursos informáticos , que no son otra cosa que software (programas y datos) y hardware (impresoras, escáneres,...).
1.4.1 Redes cliente/servidor e igual a igual
Las redes pueden clasificarse según distintos criterios. Por ejemplo, dependiendo de la configuración de los equipos es posible distinguir dos tipos de redes: cliente/servidor e igual a igual. En una red cliente/servidor existen dos tipos de equipos: clientes y servidores. Véase, en la figura 1.12, el ejemplo de una red cliente/servidor compuesta por tres equipos cliente y un equipo servidor, el cual permite compartir un escáner y una impre- sora.
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Escáner
Impresora
PC
PC
PC
Impresora
PC
Figura 1.13 Ejemplo de una red informática igual a igual.
No es habitual que en una red igual a igual exista un administrador de toda la red, sino que, suele ser el usuario de cada PC el que, haciendo las funciones de administra- dor, decida que recursos compartir y cuales no. En el ejemplo, el escáner conectado a uno de los PCs estará compartido si el usuario que administra dicho equipo lo permite.
1.4.2 Redes de área local y de área extensa
Dependiendo de la distancia que separa a los equipos que componen una red, ésta puede ser de dos tipos: de área local o de área extensa. En una red de área local ( Local Area Network , LAN ) los equipos están conecta- dos a poca distancia. A ella pueden pertenecer, por ejemplo, todos los equipos de una oficina, un aula o un supermercado. En todos los casos, la configuración de los equipos puede ser cliente/servidor o igual a igual. El límite geográfico de una LAN está en unos pocos kilómetros, de manera que, también podrían formar parte de ella, por ejemplo, todos los equipos de un campus universitario, un hospital o un aeropuerto. Pero cuando las distancias entre los equipos son más grandes (decenas, cientos o miles de kilómetros), la red pasa a denominarse red de área extensa ( Wide Area Network , WAN ). Por ejemplo, la red que conecte a los equipos de una empresa que tiene oficinas en varias ciudades o países es una WAN. Por otra parte, una WAN también puede conectar a dos o más LANs. Por ejemplo, la empresa que tiene oficinas en distintas ciudades, véase la figura 1.14, lo normal es que instale una LAN en cada oficina y las interconecte formando una WAN.
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Oficina de Pamplona
Oficina de Tokio
Oficina de Valencia
LAN
LAN
LAN
Figura 1.14 Ejemplo de una WAN formada por tres LANs.
1.4.3 Internet
Hoy en día, la mayoría de las computadoras de cualquier organización están conectadas en red. Asimismo, casi todas las redes que existen en el mundo también están conecta- das entre sí; de esta manera surge Internet , también conocida como "la red de redes" o, simplemente, "la red". Internet es una red que interconecta a millones de computado- ras repartidas por todo el mundo. Para ello, se utilizan distintos medios físicos, tales como: líneas telefónicas, fibra óptica, enlaces vía satélite, ondas terrestres, etc. El núcleo o corazón de Internet está compuesto por una serie de supercomputado- ras conectadas a través de conexiones de alta velocidad. En el ejemplo de la figura 1.15, tales supercomputadoras están en las ciudades de Los Ángeles, Nueva York, Londres, París, Madrid y Tokio. A dichas conexiones se les conoce como superauto- pistas de la información , también denominadas por el término backbone o columna vertebral de Internet. A cada una de las supercomputadoras del backbone se conectan otras un poco me- nos potentes, que pertenecen a redes nacionales o regionales. Siguiendo con el ejemplo, éstas estarían en las ciudades de Pamplona, Sevilla, Valencia y San Diego. A su vez, a éstas últimas se conectan otras computadoras todavía más pequeñas y, así, hasta llegar a los ordenadores que utilizan los usuarios de Internet. Supongamos que un empleado de la oficina de una empresa ubicada en Valencia se conecta a Internet y accede a un servidor de páginas web de la Universidad de San Diego. Toda la información a la que acceda esta persona "viajará" por la red, desde el servidor de San Diego a su equipo en Valencia. A todas las computadoras intermedias entre el servidor y el cliente se les denomina nodos de conexión. Por otra parte, no es preciso que una computadora pertenezca a una LAN o a una WAN para conectarla a Internet. Por ejemplo, cualquier persona de a pie puede conec- tar el PC de su casa a Internet, sin necesidad de pertenecer a ninguna red. La conexión se realizará por medio de una cuenta de acceso a Internet contratada a un proveedor o empresa que ofrece dicho servicio, y un servidor de dicha empresa será el enganche a Internet. La mayoría de proveedores de acceso a Internet también ofrecen otros mu- chos servicios, tales como: correo electrónico, alojamiento de páginas web, etc.
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1.4.5 La World Wide Web
Los primeros usuarios de ARPAnet, en su mayoría profesores e investigadores, ense- guida se dieron cuenta de lo fácil y rápido que resultaba compartir información, así como, comunicarse mediante el correo electrónico. Un poco más tarde, los militares, después las empresas y, finalmente, "todo el mundo" pudo beneficiarse de esta tecnolo- gía a través de Internet. Pero, sin duda alguna, el acontecimiento que más impulsó el uso de Internet fue la aparición de la Gran Telaraña Mundial ( World Wide Web , WWW ), que fue desarrollada en 1989 por el informático británico Timothy Berners- Lee en la Organización Europea para la Investigación Nuclear ( European Organiza- tion for Nuclear Research , CERN ). La WWW permite a los usuarios de Internet bus- car y acceder a una gran cantidad de información multimedia (textos, imágenes, soni- dos, animaciones y vídeos). Dicha información se encuentra almacenada en servidores de páginas web , a las que los usuarios de Internet pueden acceder por medio de pro- gramas llamados exploradores y navegadores.
1.4.6 Intranets
En muchas organizaciones existen redes que se llaman intranets. Una intranet es una red interna que ofrece a todos los usuarios de dicha red los mismos servicios que Inter- net (correo electrónico, transferencia de ficheros, páginas web,...). Una intranet puede ser pública o privada , dependiendo de si se puede acceder a ella desde Internet o, únicamente, desde los equipos de la propia red.
ACERCA DE LOS CONTENIDOS DE ESTOS APUNTES
Todos los contenidos de este texto forman parte del capítulo 1 del libro “Empezar de cero a programar en lenguaje C” y han sido incluidos por el propio autor (Carlos Pes) en el Tutorial de informática básica de Abrirllave.com.
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