Explicar el funcionamiento básico de las computadoras.
Existen muchos tipos de ordenadores. De hecho, las computadoras son generalmente herramientas para procesar información. Según la teoría de la máquina de Turing, una computadora con las funciones más básicas debería poder hacer cualquier cosa que otras computadoras puedan hacer. Por lo tanto, independientemente de los factores de tiempo y almacenamiento, todos los asistentes digitales personales (PDA) y supercomputadoras deberían poder hacer el mismo trabajo. Es decir, incluso ordenadores con el mismo diseño pueden utilizarse para diversas tareas, desde la gestión de nóminas de empresas hasta el control de naves espaciales no tripuladas, siempre que se realicen las modificaciones correspondientes. Debido a los rápidos avances en ciencia y tecnología, la próxima generación de computadoras siempre puede superar significativamente a sus predecesoras en rendimiento, lo que a veces se denomina "Ley de Moore".
Las computadoras vienen en diferentes formas. Las primeras computadoras eran tan grandes como una casa, pero hoy en día algunas computadoras integradas pueden ser más pequeñas que una baraja de cartas. Por supuesto, incluso hoy en día, todavía hay una gran cantidad de supercomputadoras gigantes que atienden a grandes organizaciones con necesidades especiales de procesamiento de transacciones o informática científica. Las computadoras relativamente pequeñas diseñadas para uso personal se denominan microcomputadoras o simplemente microcomputadoras. Normalmente nos referimos a esto cuando utilizamos la palabra "computadora" en nuestra vida diaria. Sin embargo, la forma de aplicación más común en las computadoras ahora es la integrada. Las computadoras integradas suelen ser relativamente simples y pequeñas, y se utilizan para controlar otros equipos, ya sea un avión, un robot industrial o una cámara digital.
La definición anterior de computadoras electrónicas incluye muchos dispositivos de propósito especial que pueden calcular o tener funciones limitadas. Pero cuando se trata de computadoras electrónicas modernas, la característica más importante es que cualquier computadora electrónica puede simular el comportamiento de cualquier otra computadora siempre que reciba las instrucciones correctas (limitadas únicamente por la capacidad de almacenamiento y la velocidad de ejecución de la propia computadora electrónica). ). Por lo tanto, en comparación con las primeras computadoras electrónicas, las computadoras electrónicas modernas también se denominan computadoras electrónicas de uso general.
Historia
ENIAC es un hito en la historia del desarrollo informático. La palabra inglesa "computadora" originalmente se refiere a una persona que se dedica al cálculo de datos. Y a menudo necesitan utilizar algún equipo informático mecánico u ordenadores analógicos. Los antepasados de estos primeros dispositivos informáticos incluyen el ábaco y el mecanismo de Antikythera, que data del 87 a. C. y fue utilizado por los antiguos griegos para calcular los movimientos de los planetas. Con la prosperidad de las matemáticas y la ingeniería en Europa a finales de la Edad Media, Wilhelm Schickard tomó la iniciativa en el desarrollo del primer dispositivo informático de Europa en 1623.
En 1801, Joseph Marie Jacquard mejoró el diseño del telar, en el que utilizaba una serie de tarjetas de papel perforadas como programa para tejer patrones complejos. Aunque el telar Jacquard no se considera una verdadera computadora, su aparición fue de hecho un paso importante en el desarrollo de las computadoras modernas.
Carlos. Babbage fue el primero en concebir y diseñar una computadora totalmente programable en 1820. Sin embargo, debido a limitaciones técnicas, limitaciones financieras y constantes e insoportables retoques en el diseño, la computadora nunca vio la luz en su vida. A finales del siglo XIX, habían surgido muchas tecnologías que resultarían de gran importancia para la informática, incluidas las tarjetas perforadas y los tubos de vacío. Hermann Hollerith diseñó una máquina de tabulación que utilizaba tarjetas perforadas para permitir el procesamiento automático de datos a gran escala.
En la primera mitad del siglo XX, para satisfacer las necesidades de la informática científica, se desarrollaron muchos ordenadores analógicos de un solo propósito y cada vez más complejos. Estas computadoras se basan en modelos mecánicos o electrónicos de los problemas específicos que abordan. En las décadas de 1930 y 1940, las computadoras se volvieron más poderosas, aumentaron en versatilidad y continuaron agregando características clave de las computadoras modernas.
¿Claude? En 1937, Claude Shannon publicó su gran artículo "Análisis simbólico en circuitos de conmutación y relés", que mencionó por primera vez la aplicación de la electrónica digital. Mostró cómo utilizar interruptores para realizar operaciones lógicas y matemáticas.
Consolidó aún más sus ideas estudiando el simulador diferencial de Vannevar Bush. Este fue un momento importante que marcó el comienzo del diseño de circuitos electrónicos binarios y las aplicaciones de puertas lógicas. Los pioneros en el nacimiento de estas ideas clave deberían incluir: Almon Strowger, quien patentó un dispositivo que contiene puertas lógicas, Nicholas? Nikola Tesla, ya en 1898, solicitó un dispositivo de circuito con puertas lógicas; de Forest, en 1907, reemplazó los relés con tubos de vacío.
Es difícil definir el llamado "primer ordenador electrónico" a una distancia tan larga. En mayo de 1941, Konrad Zuse completó su dispositivo electromecánico "Z3", la primera computadora con cálculos matemáticos binarios automáticos y programación factible, pero no era una computadora "electrónica". Además, otros logros destacables incluyen principalmente: la computadora Atanasoff-Berry, nacida en el verano de 1941, era una computadora con un propósito específico, pero utilizaba una calculadora de tubo de vacío, valores binarios y memoria reutilizable en la que se exhibió; Reino Unido en 1943. La misteriosa computadora Colossus que se inventó le dijo a la gente que el uso de tubos de vacío era confiable y podía lograr la reprogramación de la electrificación, aunque sus capacidades de programación eran extremadamente limitadas. Harvard Mark I; de la Universidad de Harvard; y el "ENIAC" de base binaria (ENIAC, 1944), la primera computadora de propósito general, pero su diseño arquitectónico no era lo suficientemente flexible como para que cada reprogramación implicara recablear los circuitos eléctricos y físicos.
El equipo que desarrolló Eni mejoró aún más el diseño basándose en sus defectos y finalmente lanzó Von? Arquitectura Neumann (arquitectura de almacenamiento de programas). Este sistema es la base de todas las computadoras actuales. A mediados y finales de la década de 1940 se comenzaron a desarrollar un gran número de ordenadores basados en este sistema, de los cuales el Reino Unido fue el primero. Aunque la primera máquina desarrollada y puesta en funcionamiento fue la Pequeña Máquina Experimental (SSEM), es probable que la máquina práctica real desarrollada fuera la EDSAC.
Durante la década de 1950, dominaron las computadoras de tubos de vacío. En la década de 1960, las computadoras con transistores los reemplazaron. Los transistores son más pequeños, más rápidos, más baratos y más fiables, lo que permite su comercialización. En la década de 1970, la introducción de la tecnología de circuitos integrados redujo en gran medida el costo de producción de las computadoras y las computadoras comenzaron a llegar a miles de hogares.
[Editar] Principios
Estructuras principales de las computadoras personales:
Indicadores
Placa base
Procesamiento central ( microprocesador)
Almacenamiento principal
Tarjeta de expansión
Fuente de alimentación
Unidad de disco óptico
Almacenamiento secundario (disco duro) disco)
Teclado
Ratón
Aunque la tecnología informática se ha desarrollado rápidamente desde el nacimiento de la primera computadora electrónica de uso general en la década de 1940, las computadoras actuales todavía básicamente utiliza la estructura del programa almacenado, es decir, Feng? Arquitectura Neumann. Esta estructura realiza una computadora práctica de uso general.
La estructura del programa almacenado describe una computadora en cuatro partes principales: unidad lógica aritmética (ALU), circuitos de control, memoria y dispositivos de entrada/salida (E/S). Estos elementos están conectados por un conjunto de cables planos (especialmente cuando se utiliza un conjunto de cables para la transmisión de datos con diferentes intenciones, también llamado bus) y son impulsados por un reloj (por supuesto, algunos otros eventos también pueden impulsar el circuito de control). ).
Conceptualmente, la memoria de una computadora puede considerarse como un conjunto de "células". Cada "celda" tiene un número llamado dirección; y puede almacenar mensajes más pequeños y de longitud fija. Esta información puede ser instrucciones (que le dicen a la computadora qué hacer) o datos (qué procesan las instrucciones). En principio, cada "célula" puede almacenar cualquiera de ellos.
La Unidad Aritmético Lógica (ALU) puede denominarse el cerebro de la computadora. Puede realizar dos tipos de operaciones: la primera son operaciones aritméticas, como la suma y resta de dos números. Los operadores aritméticos tienen un papel muy limitado en la ALU. De hecho, algunas ALU no admiten ninguna operación de multiplicación y división a nivel de circuito (porque los usuarios solo pueden realizar operaciones de multiplicación y división a través de la programación).
La segunda es una operación de comparación, es decir, dados dos números, ALU los compara para determinar cuál es mayor.
El sistema de entrada y salida es el medio por el cual la computadora recibe información externa y retroalimenta los resultados del cálculo al mundo exterior. Para una computadora personal estándar, los dispositivos de entrada son principalmente el teclado y el mouse, mientras que los dispositivos de salida son monitores, impresoras y muchos otros dispositivos de E/S que se pueden conectar a la computadora.
El sistema de control conecta todas las partes de los ordenadores antes mencionados. Su función es leer instrucciones y datos de la memoria y dispositivos de entrada/salida, decodificar las instrucciones, transferir la entrada correcta que cumpla con los requisitos de la instrucción a la ALU e indicarle a la ALU cómo procesar los datos y dónde devolver los datos del resultado. Un componente importante en el sistema de control es un contador que se utiliza para registrar la dirección de la instrucción actual. Normalmente, este contador se acumula a medida que se ejecuta la instrucción, pero a veces esta regla no se sigue si la instrucción indica un salto.
Desde la década de 1980, la ALU y la unidad de control (ambas integradas en la unidad central de procesamiento (CPU)) se han integrado gradualmente en un único circuito integrado, llamado microprocesador. El modo de trabajo de esta computadora es muy intuitivo: dentro de un ciclo de reloj, la computadora primero recupera instrucciones y datos de la memoria, luego ejecuta las instrucciones, almacena los datos y luego recupera la siguiente instrucción. Este proceso se repite hasta que se obtiene una instrucción de terminación.
Según la interpretación del controlador, el conjunto de instrucciones ejecutadas por la unidad informática es un conjunto de instrucciones simples cuidadosamente definidas con un número muy limitado. Generalmente, se puede dividir en cuatro categorías: 1), movimiento de datos (como copiar un valor de la unidad de almacenamiento A a la unidad de almacenamiento B) 2), operaciones numéricas y lógicas (como calcular la suma de la unidad de almacenamiento A y la unidad de almacenamiento). B y devolver el resultado Vaya a la unidad de almacenamiento C) 3), verificación de la condición (por ejemplo, si el valor en la unidad de almacenamiento A es 100, entonces la siguiente instrucción.
Las instrucciones, como los datos, se representan en binario en computadoras Por ejemplo, 10110000 es Intel Una copia del código de instrucción para el microprocesador x86. El conjunto de instrucciones admitido por la computadora es el lenguaje de máquina de la computadora. Por lo tanto, usar un lenguaje de máquina popular lo hará más fácil para las personas. Desarrollar software comercial, por ejemplo, generalmente solo se refiere a uno o unos pocos lenguajes de máquina diferentes.
Las minicomputadoras, computadoras centrales y servidores más potentes pueden diferir de los mencionados anteriormente y a menudo comparten tareas con diferentes CPU. , los microprocesadores y las computadoras personales multinúcleo también se están moviendo en esta dirección.
Las supercomputadoras a menudo tienen arquitecturas significativamente diferentes a las computadoras básicas con programas almacenados, pero estos diseños parecen estar compuestos por miles de CPU. Tareas específicas En varias computadoras, hay microcontroladores que utilizan la arquitectura Harvard para separar programas y datos.