Introducción a los Sistemas Informáticos

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1.1 Sistema informático

Se llama sistema a aquel conjunto ordenado de elementos que se relacionan entre sí y contribuyen a un determinado objetivo.

Un sistema informático es un conjunto de dispositivos, con al menos una CPU, que estarán física y lógicamente conectados entre sí a través de canales, lo que se denomina modo local, o por medio de diversos dispositivos o medios de transporte, en el llamado modo remoto. Se integran por medio de software con los que pueden llegar a interaccionar uno o varios agentes externos, entre ellos el hombre.

El objetivo es el de dar soporte al procesamiento, almacenamiento, entrada y salida de datos que suelen formar parte de un sistema de información general o específico. Para tal fin, es dotado de una serie de recursos que varían en función de la aplicación que se le da al mismo.

Elementos de un Sistema Informático

  • Hardware: Formado por aquellos elementos físicos del SI: el elemento terminal, los canales y los soportes de la información. Lo constituyen dispositivos electrónicos y electromecánicos que proporcionan capacidad de captación de información, cálculos y presentación de información a través de dispositivos.
  • Software: Aquellos elementos del sistema que no tienen naturaleza física y que se usan para el procesamiento de la información. Son programas de ordenador que suelen manejar estructuras de datos.
  • Personal: Entendido como el conjunto de usuarios finales u operadores del SI.
  • Documentación: Son todo conjunto de manuales impresos o en formato digital y cualquier otra información descriptiva que explican los procedimientos del sistema informático.

Un SI se puede contemplar desde dos aspectos: su descripción física, analizando los componentes que los constituyen, así como los elementos de interconexión, y su descripción funcional (funciones de sus componentes, cómo interactúan unos con otros, reglas o normas de comunicación, etc.).

Estructura funcional del sistema informático

Se encarga de estudiar las arquitecturas de organización y funcionamiento de los diversos componentes del mismo. La arquitectura tradicional es la arquitectura de Von Neumann.

Estructura física del sistema informático

También asociada al hardware. En este caso, se estudiará lo que se denomina hardware comercial. Se verá cómo son físicamente, para qué sirven y qué características tienen los diferentes componentes actuales que componen un PC, integrados a partir de la placa base y recogidos dentro de un chasis, comunicándose con distintos dispositivos de entrada, salida o entrada-salida.

1.2 Constitución de un ordenador: unidad principal y periféricos

1.2.1 Elementos que componen un ordenador

  • Unidad Principal: CPU, memoria interna, buses y controladores.
  • Periféricos: entrada (teclado, ratón), salida (monitor, impresora), y entrada/salida (discos, pantallas táctiles).

1.2.2 Tipos de ordenadores

Según su funcionamiento:

  • Analógicos: la información toma un valor cualquiera dentro de ciertos límites.
  • Digitales: manejan sólo valores discretos (0 ó 1 – S. binarios).

Según sus aplicaciones o usos:

  • Uso general: PC, Macintosh.
  • Usos especializados: autómatas, robots.

Según su capacidad:

  • Superordenadores: la mayoría a 64 bits, varios procesadores.
  • Macroordenadores o mainframes: uso general, con amplias posibilidades de procesamiento, memoria y e/s.
  • Miniordenadores u ordenadores medianos: similares a los anteriores, pero de menor precio y prestaciones.
  • Ordenadores personales: se utilizan casi siempre monousuario.

1.3 Unidad central de proceso (CPU)

1.3.1 Elementos de la CPU

Suelen estar incluidos en un chip (microprocesador).

  • Los registros sirven para agilizar el funcionamiento de la máquina.
  • La Unidad de Control maneja el control del PC, efectúa las operaciones y ordena a la ALU la ejecución de las instrucciones que se necesiten.
  • La ALU es la parte que no está dedicada al control. Efectúa operaciones aritméticas elementales entre números que son siempre traducidos a binario.

1.3.2 Elementos auxiliares de la CPU

  • Las interrupciones: son órdenes que se dan al procesador para que abandone provisionalmente la operación que está realizando en ese momento y realice otra. Cada interrupción tiene un número determinado.
  • Reloj o generador de pulsos: marca el ritmo con que se ejecutan todas las instrucciones del microprocesador, de forma que se consigue sincronizar todas las operaciones realizadas por éste.
  • Procesadores auxiliares: su objeto es descargar al procesador principal de algunas operaciones que aumenten mucho el tiempo general.
  • Fuente de alimentación: se encarga de suministrar la corriente eléctrica necesaria a las tensiones adecuadas.

1.3.3 Conexión de la CPU con el resto de elementos de la Unidad Principal

Para unir todos los elementos se encuentran unos juegos de conductores dispuestos en paralelo (bus). Suelen existir tres tipos de bus:

  • Bus de datos: transmite los datos entre la CPU y la memoria o los periféricos.
  • Bus de dirección: sirve para que la CPU indique en qué dirección de memoria se escribirán o leerán los datos, o bien, a qué periférico irán esos datos.
  • Bus de control: es por el que la CPU determinará qué operación se efectuará.

1.4 Tipos de memoria

  • Memoria interna: es volátil y relativamente escasa.
  • Memoria externa: también masiva o auxiliar, está contenida en algún periférico.

Diferencias entre memoria interna y externa

  • La memoria interna está en la unidad principal, y la externa en un periférico.
  • La interna no puede almacenar los datos indefinidamente, y la externa sí.
  • La interna es mucho más rápida y más cara.
  • La externa tiene más capacidad.
  • La interna está constituida por chips de tipo eléctrico, y la externa con dispositivos ópticos y/o magnéticos.

1.4.1 Tipos de memoria interna

  • ROM: ya viene grabada de fábrica; puede leerse, pero no borrarse o modificarse; la información que contiene no desaparece al apagar el ordenador.
  • RAM: está vacía al encender el ordenador; su información puede leerse, escribirse, modificarse o borrarse; la información se guarda en celdas numeradas según direcciones, de diferente tamaño; la información desaparece al apagar el ordenador.

1.4.2 Otros términos relacionados con la memoria

  • RAM DISK (Disco virtual): parte de la RAM que se configura y crea como una unidad.
  • Memoria Virtual: parte del disco que se emplea para sustituir la RAM cuando ésta se agota.
  • Memoria extendida (XMS) y Memoria expandida (EMS): ciertos modos de utilización de la RAM.
  • Memoria caché: almacena los datos más comúnmente utilizados (es un tipo de RAM).

1.5 Periféricos. Conceptos generales

Un periférico es cualquier dispositivo externo a la unidad principal que se comunica con la CPU.

1.5.1 Clasificación

  • Periféricos de entrada: sirven para cargar los programas que queremos (teclado, ratón, CD-ROM, escáner...).
  • Periféricos de salida: sirven para obtener los resultados de los programas ejecutados por el ordenador.
  • Periféricos de entrada/salida: podemos establecer dos subgrupos: unidades mixtas, que engloban los dos tipos anteriores, y unidades de almacenamiento.

1.5.2 Interfaces o controladores de periféricos

Entre la unidad principal y el periférico es preciso ubicar un dispositivo hardware que los controle y haga posible la comunicación. Cada periférico necesita tener su propio controlador. Generalmente, también necesitan un controlador software para poder utilizar el controlador hardware.

Puertos de e/s: muchos periféricos tienen controladores específicos y especiales para cada uno, pero otros utilizan puertos normalizados (paralelo y serie).

1.6 Tipos de buses. Conexiones entre periféricos y CPU

1.6.1 Bus de la CPU y bus del sistema

El bus que conecta directamente la CPU con otros elementos o circuitos de la misma placa se llama bus de la CPU.

La conexión de periféricos y ciertas ampliaciones de memoria se realizan a través del bus del sistema.

El bus de la CPU es corto y rápido. El bus del sistema es largo y más lento. En este bus se insertan los conectores de expansión en los que se insertan las diferentes tarjetas que se necesiten. Estos slots permiten hacer ampliaciones modulares.

1.6.2 Buses normalizados más importantes

  • ISA de 16 bits.
  • MCA: introducido por IBM en sus PS/2, llegando a 20 Mb/seg. Muy poco extendido.
  • EISA: 32 bits. Llegan a los 33 Mb/seg, aunque en ocasiones presenta problemas de compatibilidad.
  • Buses locales: actualmente se están imponiendo, ya que conecta casi directamente la CPU con las ranuras de expansión.
    • VL-bus: diseñado por VESA y que permite colocar hasta 3 tarjetas de bus local.
    • PCI: ha sido diseñado por Intel, y actualmente es el que domina el mercado. Permite conectar hasta 6 dispositivos de este tipo.
  • SCSI: es un estándar universal para la conexión de todo tipo de periféricos. Se utiliza una tarjeta que hace de controladora y de intermediaria con la placa del ordenador. Está preparado para cualquier tipo de periféricos. Su diseño es muy simple. A lo largo del bus se conectan los diferentes dispositivos o periféricos, y a cada uno se le da un número identificativo.

1.7 Ampliación del ordenador: conexión de tarjetas

1.7.1 Conflictos con las tarjetas

Después de insertar una tarjeta, hay que configurar una serie de parámetros, que son los siguientes:

  • Dirección del puerto e/s.
  • Línea de interrupción IRQ. Las más utilizadas son:
    • 0: temporizador.
    • 1: teclado.
    • 3: puerto serie COM2.
    • 4: puerto serie COM1.
    • 5: puerto paralelo LPT2.
    • 6: controladora unidad disco.
    • 7: puerto paralelo LPT1.
    • 14: controladora unidad disco duro.
  • Canal DMA utilizado (acceso directo a memoria).
  • Zona de memoria utilizada.

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