PDF de programación - TEMA 2: Soporte lógico de los ordenadores

TEMA 2: Soporte lógico de los

ordenadores

Índice:

1. Motivación
2. Representación interna de la información

2.1. Representación interna de datos
Codificación de caracteres
Codificación de números enteros
Codificación de números reales
Codificación de datos lógicos
Codificación de imágenes y sonidos
Códigos intermedios

2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.1.4.
2.1.5.
2.1.6.

2.2. Representación interna de instrucciones

3. Almacenamiento de datos. Importancia de las bases de datos.
4. Principios de sistemas operativos
5. Otras aplicaciones

1.Motivación

Se entiende por soporte lógico el conjunto de programas que dirigen
el funcionamiento del ordenador. Es decir, se trata de todo lo que se
engloba dentro del término software.

Como ya se comentó en el tema anterior, los programas dirigen las
operaciones de transformación de datos. Recordemos que el
ordenador se comporta como una máquina de propósito general,
especialmente destinada a la manipulación de datos, y las órdenes
específicas de cada transformación se integran en los programas. Un
programa destinado a la manipulación de imágenes, por ejemplo, se
compone de una serie de instrucciones para su manipulación.

Sin embargo, antes de entrar a considerar en mayor detalle el
soporte lógico, hemos de conocer la forma en que se representan los
datos dentro del ordenador. Está claro que el ordenador no
transforma elementos de la realidad, sino información sobre dichos
elementos reales. Es decir, la información sobre los objetos reales ha
de introducirse en el ordenador. La primera parte del tema consiste
en ver cómo se realiza este proceso, cómo los datos que manejamos

a nivel conceptual se pueden introducir en el ordenador. Así, veremos
la forma en que la información se representa en el interior del
ordenador. Obviamente, en este apartado se considerará tanto la
forma de introducir datos como la de introducir instrucciones.

2.Representación interna de la

información

En este apartado se van a considerar las distintas formas de
representar datos e instrucciones en el interior de nuestros
ordenadores. Empezaremos considerando la representación de datos,
desde los más simples a los más complejos, para terminar estudiando
el modo de especificar al ordenador las órdenes relativas a la forma
en que se ha de manipular la información, para poder obtener los
resultados que nosotros deseamos.

Antes de nada hemos de recordar que el ordenador sólo puede
manejar 0’s y 1’s. ¿Por qué? El ordenador no tiene consciencia y no
puede discernir más que entre estados claramente diferenciados: hay
corriente, no hay corriente. Esto contrasta con la elevada capacidad
humana para la manipulación de símbolos y conceptos. Desde
pequeños somos capaces de distinguir entre caracteres de diversa
índole (letras, números, iconos, símbolos especiales,…), pudiéndolos
combinar para expresarnos y comunicarnos con los demás. Esta
capacidad de comprender y distinguir entre símbolos no se da en los
ordenadores. De ahí la necesidad de transformar la información al
formato que precisa el conjunto de circuitos electrónicos que
componen el ordenador.

Si el ordenador no puede distinguir más que entre dos estados, al
final, sin más remedio, habrá que expresar todos los datos de modo
que puedan representarse mediante dos situaciones distintas (dos
símbolos distintos): hay corriente – no hay corriente, hay
magnetización – no hay magnetización, etc. Estos dos estados vienen
representados por los símbolos 0 y 1.

Cada una de estas unidades elementales de información se denomina
bit. Obviamente, un bit ofrece poca capacidad de representación. Por
ello, se utilizan grupos de bits. En definitiva, mediante grupos de bits
hemos de poder aludir a los distintos datos que queremos manipular.
De esta forma, a cada dato o elemento de la realidad le tendré que
hacer corresponder una combinación de 0’s y 1’s. Esto se denomina
código.

Los códigos se manejan en muchos ámbitos de la vida real. De
hecho, los códigos permiten representar de forma única (y abreviada)
a los objetos (e incluso a las personas). Por ejemplo:

Entidades

Persona
Coche

Código

DNI

Matrícula

Cuenta corriente Código de cuenta

2

10

Let it be

1……….0………….01

Por tanto, el uso de 0’s y 1’s para representar datos no es una
elección, sino una necesidad. En cualquier estado en que se
encuentre la información (en memoria principal, en disco duro, en
disquete, en CD-ROM), se mantiene esta distinción entre dos estados
diferentes.

Como sólo podemos utilizar dos símbolos (representado los estados
distinguibles), el sistema de codificación así obtenido se denomina
binario. Iremos estudiando, poco a poco, cuáles son las normas que
rigen este sistema de numeración y de codificación.

Pero debemos comenzar cuestionando la capacidad de representación
mediante dígitos binarios. Es decir, supongamos que mi ordenador
sólo puede almacenar en memoria agrupamientos de 4 bits. En este
caso, ¿cuántos datos diferentes podría manejar? Para poder
responder a esta pregunta, conviene hacerse la analogía respecto al
sistema decimal de numeración. Supongamos que para codificar
matrículas sólo puedo utilizar 4 caracteres (del 0 al 9). Usando estos
4 dígitos, ¿cuántas matrículas puedo generar? O lo que es lo mismo,
¿cuántos coches puedo representar?

En el caso del sistema decimal de numeración la respuesta es clara.
Podremos generar matrículas desde la 0000 hasta la 9999. Es decir,
podremos obtener 10000 matrículas diferentes. Si observamos, en
realidad lo que hemos determinado es el conjunto completo de
formas de combinar 4 dígitos decimales. Se ve más fácil si
consideramos sólo dos dígitos

0
1
…
8
9
10
11
…
19
20
21
…
28
29
…
…
57
…
98
99

Se observa que con dos dígitos podríamos representar 100 matrículas
(coches) diferentes. Esto puede generalizarse mediante la fórmula
siguiente:

Número de matrículas = 10 número dígitos que componen la matrícula

De esta forma, cuando tenemos dos cifras podemos diferenciar entre
102 matrículas. Si tenemos 4 dígitos podremos representar 104
matrículas diferentes. Por ello, para conseguir mayor capacidad de
representación se utilizan también caracteres en las matrículas. En
este caso, el número de símbolos permitidos aumenta, y por tanto, la
base de la anterior fórmula.

Igual ocurre con la representación binaria. El número de “objetos”
diferentes que se pueden representar con un determinado número de
dígitos (n) vendrá determinado por 2n. Es decir, hay que elevar el
número de símbolos disponibles en el sistema de numeración (2 en
binario (0-1), 10 en decimal (0 … 9)) al número de caracteres que
puedo usar. Obviamente, a mayor número de caracteres mayor
capacidad de representación.

Veamos un ejemplo con 4 dígitos binarios. Formaremos todas las
combinaciones posibles (que serán 24, como hemos visto). De esta
forma, mediante 4 bits sólo puedo distinguir entre 16 “cosas”
diferentes, asignando un código único y específico a cada una de
ellas. Obviamente, con 4 bits no puedo ni representar las letras del
alfabeto. En el gráfico siguiente se muestran las codificaciones que
podría asignar:

0000(a)
0001(b)
0010(c)
0011(d)
0100(e)
0101(f)
0110(g)
0111(h)
1000(i)
1001(j)
1010(k)
1011(l)
1100(m)
1101(n)
1110(ñ)
1111(o)

Si quisiéremos representar todos los caracteres de la a a la z,
¿cuántos caracteres serían necesarios? Hemos de tener en
cuenta que se trata de 27 símbolos distintos. Componed un
código para cada uno de ellos.

Recordamos aquí las medidas de capacidad de las memorias
principales y de almacenamiento masivo:

1 byte: 8 bits
1 Kbyte: 1024 bytes = 210 bytes
1 Mbyte: 1024x1024 bytes = 220 bytes
1 Gbyte: 1024x1024x1024 bytes = 230 bytes
1 Tbyte: 1024x1024x1024x1024 = 240 bytes

y medidas típicas de algunos elementos de almacenamiento son:

RAM: entre 512Mbytes y 2Gbyte
Disquete: 1’44 Mbytes
Disco duro: 80 – 120 -180 Gbyte
CD – ROM: 700 Mbytes
DVD: hasta 8 Gbytes

Como se aprecia, todas las medidas, por conveniencia, vienen
expresadas en potencias de , ya que este número es la base del
sistema binario de numeración.

2.1 Representación interna de datos

En este apartado se analizan las formas de representar los diferentes
tipos de datos en el interior del ordenador.

2.1.1 Codificación de caracteres

Se indica aquí la forma de representar los caracteres de entrada y
salida, usados para intercambiar información con el ordenador (serán
los caracteres disponibles en cualquier teclado). Estos caracteres se
pueden clasificar de la siguiente forma:

a) Caracteres alfabéticos. Son las letras mayúsculas y minúsculas

del alfabeto: a, b, c, d, e, f, …, z, A, B, C, D, E, F, …, Z

b) Caracteres numéricos. Las diez cifras decimales: 0, 1, 2, 3, 4,

5, 6, 7, 8, 9

c) Caracteres de control. Se trata de caracteres que indican
órdenes: salto de línea (ENTER), tecla espaciadora (espacio),
escape (ESC), teclas de función, etc.

d) Caracteres especiales: (, ), [, ], +, /, *, ¿, etc.

Los dos primeros tipos constituyen el conjunto de caracteres
alfanuméricos.

Uno de los sistemas de codificación más usados ha sido el ASCII. Para
representar todos estos símbolos empleaba 8 bits, aunque en
realidad uno se utilizaba para detección de errores. Al emplearse 7
bits para codificar los símbolos, en ASCII se pueden distinguir 27=128
caracteres diferentes.

La siguiente tabla muestra la equivalencia entre el valor decimal y el
carácter ASCII que re