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La evolución de la computación, Cuba, Guáimaro, Septiembre 2006

Resumen: El siguiente trabajo aborda el tema de La evolución de la computación, haciéndose un análisis del proceso de enseñanza-aprendizaje a través de la implantación de un nuevo modelo pedagógico en Cuba y de la utilización de las nuevas tecnologías.(N)

Publicación enviada por Maité Cabrera Castanñeda




 


Arquitectura de computadora
En las antiguas civilizaciones se utilizaban las maquinas de cálculo las que dieron orígenes a las computadoras, se fueron descubriendo maquinas aritméticas, multiplicadoras, calculadoras hasta que en 1945 surge el primer ordenador electrónico denominado ENIAC construido en la Escuela Moore de Ingeniería Eléctrica por John W. Mauchly y Jhon Presper Eckert, este ordenador era capaz de realizar 5000 sumas por segundo, pesaba 30Tm , utilizaba 18 200 válvulas ocupaba 140 m² y tenía un consumo de medio de 150 000 W. por lo que necesitaba un equipo potente de refrigeración. John von Neuman (1903-1957), matemático húngaro, propuso almacenar el programa y los datos en la memoria del ordenador, con la que evitaba la modificación del cableado en el cambio de programas. 

Una computadora digital es una maquina que puede resolver problemas ejecutando un conjunto de instrucciones dadas. Se llama programas a una secuencia de instrucciones que describen como ejecutar cierta tarea, los circuitos electrónicos de cada computadora pueden reconocer y ejecutar directamente un conjunto limitado de instrucciones simples. Todos los programas que se desean ejecutar en una computadora deben convertirse previamente en una secuencia de estas instrucciones simples.

Las computadoras han tenido evolución a lo largo del tiempo y se componen según el modelo.

El modelo von Neumann 
Unidad de entrada: Permiten la introducción de información en el ordenador, existen dos tipos de dispositivos, aquellos que convierten los datos en una en un formato capaz de ser interpretado por el ordenador, como el teclado y los que permiten su entrada directa como el escáner, lectores de tarjetas o códigos de barras. 

Unidad de Salida: Presentan al usuario los datos ya elaborados que se encuentran en la memoria del ordenador, los más habituales son la pantalla y la impresoras.

Unidad Aritmética y lógica: Es la parte encargada de procesar los datos, se conoce también como ALU, las operaciones que realiza son de tipo aritmético, suma, resta, multiplicación, y división, y de tipo lógico. 

Unidad de Memoria:
Está formada por circuitos integrados (chips), en ellos la información se almacena en estados de tension(+5v) 

Unidad de Control: Dirige la ejecución del programa y controla tanto el movimiento entre memoria y ALU, como señales que circulan entre la CPU y los periféricos.

El Modelo de un único bus:
Constituye un refinamiento del modelo von Neumann, en el que existe una CPU (ALU y Control), la memoria y la unidad de entrada/salida.
La comunicación entre los componentes del sistema se realiza a través de un medio compartido, denominado bus del sistema, compuesto por un bus de datos, un bus de direcciones y un bus de control.

En las primeras dos generaciones de computadoras el bus de entrada salida constituía un verdadero bus local.

En 1987, Compaq desarrolló un sistema en el cual se separaba el bus local del sistema del bus de entrada salida, utilizando ambos relojes diferentes. 
Un Bus es un enlace de comunicación, conjunto de cables que conectan múltiples subsistemas.

Tipos de memorias 
RAM (Random Access Memory):
Se guardan los datos que están siendo utilizados mientras la computadora está funcionando. Debe su nombre a que el procesador accede a la información almacenada en cualquier punto sin tener que acceder a los datos anteriores y posteriores.

ROM (Read-Only Memory):
Contiene código o datos que utiliza el procesador o el Sistema Operativo para el funcionamiento de la computadora.
Es uno de los elementos, que junto al procesador, incide en las prestaciones del equipo.

Memorias semiconductoras
• Memorias bipolares. La celda básica está constituida por biestables a base de BJTs. Eran rápidas en la conmutación, pero tenían muy poca densidad de almacenamiento.
• Memorias estáticas (SRAM). Se construyen con biestables hechos a base de MOS. Poseen mayor capacidad de almacenamiento.
• Memorias dinámicas (DRAM). Son las más utilizadas. Se fabrican con dispositivos MOS, pero la célula de almacenamiento de información es un capacitor. La presencia o no de carga en el dispositivo se asocia con el estado de 1 ó 0.

Jerarquías de memoria
Principios claves
– Localidad – la mayoría de los programas no acceden los datos de manera uniforme. Existe localidad temporal y espacial
– El hardware más pequeño es más rápido
Objetivo
– Diseñar una jerarquía de memoria “con costo casi tan bajo como el nivel más barato de la jerarquía y tan rápida como el nivel más rápido”
– Esto implica que debemos mantener los datos más probables lo más cercano posible a la CPU
Los niveles constituyen subconjuntos
– Cualquier dato presente en un nivel particular también se encuentra en el nivel que le sucede.
– Cada nivel es una representación de una memoria mayor y más lenta a una memoria menor y más rápida.
- Caché es el nombre del primer nivel encontrado de la jerarquía de memoria una vez que la dirección abandona la CPU.
Toma ventaja del principio de localidad.
Caché hit – la CPU encuentra los datos solicitados en la caché.
Caché miss – el elemento no se encuentra en caché.
Bloque – un conjunto de datos de dimensión fija extraídos de la memoria y situados en la caché.
Memoria principal: Organización y tecnologías.
Organización de la memoria principal.
Memoria principal de más ancho de bits.
Memoria con entrelazado simple.
Bancos de memoria independiente.

Tecnologías
SRAM
DRAM
FPM DRAM 
EDO DRAM 
SDRAM 
PC133 SDRAM 
DDR DRAM 
Dual-channel DDR 
1T-SRAM 
Direct RDRAM 

Además de los procesadores y chips de memoria, los discos duros han sido objeto de desarrollo para lograr mejores y mayores capacidades (con precios cada vez menores).

El primer disco duro de la XT (con una capacidad de 10 Mbytes y un tiempo de acceso de más de 100 ms) costaba más de $3000 cuando fue introducido.

Seagate introduce el sistema ST506 en 1980 con una capacidad de 5MBytes.

En 1981 aparece el sucesor ST412 con una capacidad de 10 Mbytes y un interfaz ligeramente alterado. Éste fue adoptado por IBM para el interfaz de la PC y se conoce hoy como el interfaz ST412/506

La tasa de transferencia exacta era de 5Mbits/seg para MFM y 7.5 Mbits/seg para RLL

Los discos MFM podían acomodar 17 sectores por pista y los RLL 26 sectores por pista.

El controlador soporta hasta 16 cabezas y 1024 cilindros.

SISTEMAS OPERATIVOS
Un sistema operativo es un programa de sistema que se encarga de administrar los recursos con que cuenta una computadora. Los recursos se dividen en:
· Recursos de hardware, por ejemplo el teclado, el ratón, la impresora, etc.
· Recursos de software, por ejemplo el compilador de un lenguaje de programación, un procesador de texto, etc.

Un sistema operativo es un sistema complejo (compuesto por diferentes partes) que se encarga de administrar, en forma eficiente, los recursos de un sistema de cómputo, brindando una interfaz cómoda para sus usuarios (personas y otros programas de más alto nivel). El SO, debe resolver los conflictos que surgen entre cada una de sus partes y entre sus usuarios.

Los sistemas operativos constituyen una parte importante de cualquier sistema de cómputo, estos últimos se pueden ver como un conjunto de capas (que van desde lo más básico o de bajo nivel (el hardware), hasta lo más cercano a nosotros o de alto nivel (el software de aplicación), por encima de eso están los usuarios. Esta concepción, muy frecuente en los diseños, permite que las capas superiores se nutran de los servicios que brindan las capas inferiores, de forma que cada una se especialice en lo que realmente tiene que hacer, sin involucrarse en detalles complejos que son resueltos por sus antecesores. 

La evolución de los sistemas operativos es paralela a la evolución de las computadoras ya que la principal función de un SO es controlar a la computadora.

Los primeros sistemas de cómputo no tenían SO, las computadoras se controlaban actuando directamente con el hardware, de ahí que su explotación estuviera asignada a personas muy especializadas. Los trabajos de esta era incipiente de la computación estaban limitados a aplicaciones científicas o militares, corría el tiempo de las grandes computadoras de tubos al vacío (bulbos) que ocupaban salones enormes y la computación estaba muy lejana de convertirse en algo de uso masivo como lo es hoy en día.

Un programa estaba formado por todo el conjunto de instrucciones que la computadora necesitaba para llevar a cabo sus funciones, por ejemplo instruía a la CPU acerca de detalles, tales como, dónde y cuándo almacenar las instrucciones de memoria, qué calcular, dónde encontrar los datos, dónde enviar la salida, etc. 

Las computadoras eran muy caras y por esa razón se sentía la necesidad de hacer que trabajaran lo más eficientemente posible. Una forma de lograr vencer la barrera de los costos era tratando de mantener la computadora ocupada el mayor tiempo posible.

La solución tomó dos caminos principales, uno con relación a la eficiencia de la persona que trabajaba con la computadora hizo surgir el nuevo trabajo de “operador de computadora”, otra persona era el programador que ya no tendría que interactuar más con la máquina.

Surge el concepto de lote de tareas (sistemas batch), que no es más que la agrupación de un conjunto de tareas con requerimientos afines en una sola tarea. El operador somete la tarea (como un todo) al equipo de cómputo y las salidas se clasifican para enviarla al destino apropiado. Esto no resolvía el problema por lo que surge anterior se introdujo el concepto de “secuencia automática de trabajo” y en ese instante surgió, realmente, el primer SO rudimentario. La solución consistía en tener cargado un pequeño programa llamado monitor residente (porque siempre estaba en memoria) que se encargara de transferir el control de un trabajo a otro en forma automática. Este SO rudimentario tomaba el control cuando la computadora se encendía y se lo transfería a un programa, el cual debía devolver el control al SO al terminar para que de nuevo el SO le transfiriera el control a otro programa y así hasta terminar.

Los SO reducían al máximo el tiempo de espera que provocaba el cambio manual de tareas, para lo cual se instrumentó el monitor residente. Aún así quedaba un problema que se relaciona con la reducida velocidad de los equipos periféricos con relación a la CPU, para lo cual se buscó una alternativa que pudiera disminuir el tiempo que debe esperar la CPU por una entrada o salida. Aunque los periféricos incrementaron su velocidad nunca lograron alcanzar la velocidad de la CPU que también se fue incrementando con el tiempo.

Una solución fue la de sustituir los lentos equipos de entrada salida por otros equipos más rápidos. La operación fuera de línea no duró mucho tiempo, los sistemas con discos se hicieron dueños del panorama rápidamente, la velocidad de estos periféricos con relación a todos sus antecesores era muy grande, por otra parte los discos eliminaban el principal defecto de la cinta que consistía en la forma secuencial de acceder a los datos.

Al surgir las computadoras de tercera generación que eran muy veloces al compararlas con sus antecesores y provocaban problemas cuando interactuaban con dispositivos relativamente lentos, la solución a este problema hizo surgir la multiprogramación que no es más que cargar varios trabajos en memoria y compartir el uso de la CPU.

El SO escoge uno de los trabajos que están listos y comienza a ejecutarlo, puede que dicho trabajo tenga que esperar por algún evento externo (una entrada, una salida, etc.), el sistema operativo, en lugar de quedarse inactivo mientras espera que se satisfaga la demanda del trabajo, se cambia hacia otro trabajo y lo ejecuta.

En los años 70 surge la idea de la memoria virtual como expansión de la principal dividiéndose en unidades lógicas que le permitan realizar diversas tareas. Se mejoró, notablemente, la relación costo/rendimiento de las computadoras, el hardware se hizo más flexible con tarjetas de fácil reemplazo que incorporaban funciones lógicas, las funciones del SO pasaron del software al hardware. Se elaboraron lenguajes que permitieran el manejo de los distintos procesadores que formaban parte de las máquinas los sistemas operativos de esta época, debieron asimilar estos avances del hardware.

Las computadoras personales y las comunicaciones de alta velocidad llevaron al procesamiento distribuido y a las redes de computadoras.

La demanda generalizada de capacidades de Internet originó la proliferación de la redes, hoy la accesibilidad a Web y el intercambio de correo electrónico son características comunes a los sistemas operativos.

Se incrementaron las aplicaciones multimedia que demandaron potencia y flexibilidad de manejo de diferentes equipos a los SO. Con estas nuevas técnicas se hace mas necesario administrar muy eficientemente la memoria que ha crecido enormemente, pero que a la vez se hace más escasa ya que las aplicaciones son más gastadoras de recursos.

El hombre descubre cada día nuevos dispositivos que facilitan y mejoran su vida, en todos esas nuevas soluciones deberá estar el SO como intermediario ideal, como facilitador de problemas de una forma cómoda y transparente.

Tipos de sistemas operativos
1) De acuerdo a la cantidad de procesadores
a) Mono procesamiento
b) Multi procesamiento
2) De acuerdo a la forma que actúa con las tareas
a) Procesamiento por lotes (batch)
b) Multiprogramados de tiempo compartido
c) Multiprogramados cooperativos
d) De tiempo real
3) De acuerdo a la cantidad de usuarios 
a) Mono usuario
b) Multi usuario

Los sistemas operativos más conocidos son: UNIX, MS-DOS, Windows, el MS-DOS y el Windows son monousuarios a diferencia de UNIX que es multiusuario, el MS-DOS es monotarea, en cambio de UNIX y Windows que son multitareas.

UNIX, es un SO multitarea de tiempo compartido y multiusario que se usa ampliamente en el mundo a pesar de los años transcurridos desde su primer lanzamiento. Es un SO muy estable y benévolo con relación a la cantidad de recursos que necesita para instalarse y tiene implementaciones para muchos tipos de procesadores por ese motivo es muy universal.

Cada usuario de un sistema UNIX tiene una cuenta a la que se asocian sus privilegios.

El sistema está elaborado por capas o niveles que van desde las más cercanas al hardware hasta las de aplicación en donde podemos abstraernos de las características físicas del hardware.

El sistema operativo Windows se puede denominar como una familia, sus implementaciones (95, 98, NT, 2000, XP, etc.) tienen cada una sus peculiaridades.

El sistema de archivo es uno de los módulos principales de cualquier sistema operativo en el caso de Windows existen dos posibilidades que son el FAT y el NTFS.

La posibilidad del uso del FAT debe valorarse con cuidado ya que ese sistema de archivo no ofrece seguridad y por eso es más recomendable (en la mayoría de las ocasiones) usar el sistema NTFS.

El sistema FAT32 (cada entrada en la tabla FAT tiene un tamaño de 32 bits) empezó a distribuirse con Windows 95 OSR2 y supera algunas limitaciones del anterior, entre las cuales se pueden mencionar las siguientes:
- Soporta unidades de hasta 2 terabytes de tamaño.
- Maneja de forma más eficiente el espacio en el disco duro al poder usar clusters más pequeños
- Incluye copias de seguridad de las áreas más críticas, que puede restaurar en caso de detección de errores.

El sistema FAT32 es un derivado del sistema FAT16 que permite volúmenes mayores que 2GB. En este caso se usan clusters más pequeños reduciendo la fragmentación interna y por ello FAT32 es más eficiente. 

De los 32 bits que se pueden tener en cada escaque de la FAT, los 4 bits de orden superior se reservan y no forman parte del número del cluster.

Autora: 
Lic. Maité Cabrera Castañeda.
Autobiografía:
Maité Cabrera Castañeda, Licenciada en Economía 1998, Universidad de Camaguey.
En 1998 culminé mis estudios en la Universidad de Camaguey, comencé a trabajar como especialista en Contabilidad en la empresa Pecuaria Rectángulo de Guáimaro, en el curso 2002-2003 me integré a la universidad como profesora adjunta donde me encuentro laborando actualmente como profesora instructora, atendiendo la esfera de Informática, he recibido postgrados sobre esta esfera y me encuentro cursando la maestría de Nuevas Tecnologías para la Educación. 
Participando en eventos como el FORUM de base y el municipal donde obtuve la condición de relevante con el trabajo “Diagnóstico de algunas dificultades que se presentan en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura de Estadística en las carreras de Ciencias Sociales en la SUM Guáimaro”, participé en la Conferencia Metodológica 2006 realizada en la Universidad de Camaguey.

Cuba, Guáimaro.



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