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El ordenador es una máquina bien definida capaz de hacer cálculos ilimitados. Sin embargo, es necesario tener presentes dos aspectos importantes: la velocidad y la complejidad, debido a que, con base a las necesidades que se deben cubrir hoy en día, a priori se sabe que no paran de avanzar. Por esta razón, como todo proyecto tecnológico viene de una idea que ha ido evolucionando hasta la actualidad, a lo largo de estos últimos años la comunicación entre la máquina y el humano ha tenido que desarrollarse con interfaces que antes no se podía ni imaginar. Una introducción a la programación permite comprender de manera global como sucede este proceso en el mundo actual.
De esta manera, en el presente escrito se ahondarán los lenguajes de programación que forman parte del software, el cual activa las partes electrónicas que estarían inertes sin ellos. De igual manera, se abordarán algunas posibilidades que un ordenador ofrece a través de las aplicaciones y que realizan tareas impensables hace unos años.
Estructura básica de un ordenador
Un ordenador está formado por dos partes bien diferenciadas: hardware y software. Ninguna es útil sin la otra. Aunque existe una tercera, el firmware, que también es imprescindible y que queda relegado de forma habitual, a pesar de que ahora se conoce más por la tecnología celular en comunicaciones. El hardware es la parte física y electrónica que constituye la máquina en sí misma. Dependiendo de la tecnología aplicada o la necesidad que deba aportar, tendrá un aspecto u otro y prestará servicios de varios niveles: desde los que necesita un usuario normal, hasta grandes empresas o potentes ordenadores para investigación.
Todas estas máquinas tienen un denominador común: rapidez y potencia. En la actualidad se contempla, en más medida, que tenga un bajo consumo. A continuación, se ahondará en la manera más conocida y apoyada por todos los profesionales y científicos de este sector: la estructura de Von Neumann. En 1945, John von Neumann, un matemático y físico, determinó el mejor modo para constituir un ordenador con medios, la cual auguraba ser mucho más avanzada, pero con la misma lógica aplicada que expuso hace casi 80 años. Este “Julio Verne” de la ingeniería definió al ordenador como “la máquina”.
En la actualidad se conocen distintos tipos de ordenadores. Los ordenadores más conocidos son los de sobremesa, que tienen bien diferenciados una caja, un monitor, un teclado y un ratón. Los portátiles lo llevan todo implementado en un pequeño dispositivo compacto de apenas uno o dos kilogramos. Los servidores son potentes ordenadores que sostienen la labor que otros más pequeños necesitan para trabajar en grupo con una gran capacidad para albergar millones de datos. Los industriales que tienen que trabajar bajo unas condiciones ambientales peligrosas.
CPU
En combinación con la memoria principal (RAM) es el corazón de un ordenador. CPU, acrónimo de Central Processing Unit, es en español la Unidad Central de Procesamiento. En este sentido, se hace referencia a un microprocesador cuya estructura interior es formada por millones de transistores, independientemente de su arquitectura, ya sea por ejemplo 32 bits o 64 bits, la cual realiza millones de cálculos en un segundo. Antiguamente, una CPU tenía un solo núcleo. Para mejorar su rendimiento, algunos fabricantes de placas madre implementaron un zócalo adicional para tener dos procesadores.
No obstante, el verdadero avance se produjo al aumentar los núcleos internos del microprocesador, estos núcleos (2, 4, 8, 10) están dentro del mismo encapsulado del microprocesador. Los ciclos de trabajo de una CPU se miden en Megahercios (MHz). Gracias a este avance, hoy en día un procesador de uso personal puede trabajar cómodamente a 3 Ghz.
La comunicación de estos núcleos se basa en los subprocesos o hilos que intercambian datos, de forma que las instrucciones recibidas se repartan de una manera más dinámica. El protocolo existente marca dos hilos por núcleo, por tanto, un procesador de 8 núcleos tendrá 16 hilos. Esto no quiere decir que un microprocesador de 8 núcleos vaya 8 veces más rápido, pero, al ser repartido el trabajo entre todos los sub procesadores, el rendimiento es considerablemente superior.
Partes elementales de una CPU
A continuación, se presentan las principales partes de una CPU:
- Unidad de Aritmética y Lógica (ALU): se encarga de las operaciones lógicas y cálculos matemáticos. Estas se realizan millones de veces por segundo. – Unidad de Control (UC): es el intérprete que coordina y entiende las instrucciones o el código de los programas. La unidad de control es secuencial, aquí interviene el reloj para definir la velocidad de trabajo y controlar las salidas que chequean al resto del microprocesador.
- Instrucción o registro: son las instrucciones que se mandan a la CPU. Para que ejecute una operación matemática o lógica que ordenan el dato o comando, debe procesarse y determinar el modo en que se debe hacer.
- Bus: es el camino que lleva la información de ida y vuelta entre diferentes zonas del microprocesador y el resto del ordenador. Esa información se divide en datos: posición de la memoria que necesita la CPU y control que usa la CPU para transmitir órdenes.
- Memoria: la memoria principal de acceso aleatorio es una parte fundamental, ya que la CPU hace empleo de ella para guardar los datos y las instrucciones que está ejecutando en un momento determinado.
- Entradas y salidas (I/O), en español E/S: las entradas pueden ser señales digitales o pulsos (0 o 1) o analógicas. Estas últimas proporcionan un rango más amplio de datos, pero cualquiera de esas entradas hace que un periférico transmita una orden a la CPU.
- Periférico (Interface): son los dispositivos que comunican el ordenador con el humano o máquina con ordenador de forma digital. Los periféricos de entrada para humanos pueden ser el teclado, ratón, mientras que los electrónicos pueden ser células, finales de carrera, autómatas, entre otros.
Memoria
La memoria está divida en varios tipos dentro de un mismo ordenador, tanto que no están ubicadas en un mismo lugar, ni funcionan del mismo modo unas que otras. De esta manera, se presentan, a continuación, los diferentes tipos de memoria:
Memoria principal
Conocida como Random Access Memory–Memoria de Acceso Aleatorio (RAM), se caracteriza por ser volátil: al perder la energía que la alimenta, se borra automáticamente. Como tal, es muy rápida y está directamente vinculada a la CPU: trabaja como si de un depósito se tratara.
Memoria ROM
También conocida como Read Only Memory, esta memoria, de solo lectura, conserva la información que se le ha añadido de una forma previa a su implantación en el ordenador. Como tal, realiza una lectura secuencial, lo que quiere decir que son lentas, dado que hay que seguir un orden bit a bit para obtener toda la información al no poder posicionar en una dirección de memoria determinada como en una RAM.
Desarrollo de nuevas tecnologías
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