Fundamentos de la Computación: Algoritmos, Arquitectura y Componentes Esenciales

Introducción a la Computación: Conceptos Fundamentales

Un algoritmo es la ordenación lógica de los pasos que hay que seguir para resolver un problema.

Historia y Evolución de la Computación

Primeras Máquinas y la Era de los Tubos de Vacío

En los inicios de la computación, cada tarjeta perforada representaba un "programa", es decir, una manera de tejer los hilos con un determinado patrón o dibujo. La información era binaria: en un punto de la tarjeta había agujero o no lo había, de la misma forma en que hoy en día se codifica la información que contienen los DVD o los discos duros.

A esta época pertenece la computadora ENIAC, que se distingue por el uso de tubos de vacío. Estas computadoras ocupaban habitaciones enteras y requerían de varios operarios para su manejo, lo que presentaba el problema de recableado cada vez que se necesitaban realizar nuevos cálculos.

La Era de los Transistores y Circuitos Integrados

Con la evolución, apareció el transistor, un componente electrónico hecho de materiales semiconductores. Esto permitió el desarrollo de ordenadores capaces de resolver problemas matemáticos complejos. Se extendió el uso del lenguaje ensamblador y aparecieron los primeros lenguajes de programación de alto nivel. Además, se fabricaron las primeras memorias magnéticas y las primeras impresoras.

Posteriormente, surgieron los circuitos integrados, que agrupan cientos de miles de componentes electrónicos diminutos en un solo chip. También se estableció el conjunto de normas que se utiliza para la comunicación entre máquinas, conocido como protocolo.

Arquitectura de Computadoras: Estructura y Funcionamiento

Por arquitectura de computadoras entendemos la forma de organizarse que tienen los componentes de un ordenador cuando están en pleno funcionamiento.

Hardware y Software: Los Pilares de un Ordenador

• Hardware: Son los componentes físicos de un ordenador.
• Software: Es el conjunto de programas que tiene un ordenador.

Componentes del Software

Firmware

Los programas de configuración básicos que residen en la memoria ROM.

Sistema Operativo

Todos los programas o instrucciones que sigue el microprocesador para gobernar todo el hardware como un conjunto.

Aplicaciones

Los programas que sirven para un uso específico, es decir, todos los programas que no son sistemas operativos o firmware.

Componentes Principales del Hardware

CPU (Central Processing Unit) o Unidad Central de Proceso

Es el microprocesador propiamente dicho.

Memoria Principal

Son de dos tipos fundamentalmente:

• RAM (Random Access Memory): Donde se cargan los programas que se están ejecutando en un ordenador.
• ROM (Read-Only Memory): Donde se encuentran unas instrucciones básicas (el firmware antes mencionado) de arranque o de configuración de algún dispositivo.

Unidad de Entrada/Salida (E/S)

Son módulos que ponen en contacto al microprocesador con los periféricos.

Funcionamiento Interno de la CPU

La CPU se compone de varias unidades clave que trabajan en conjunto:

• La Unidad de Control (UC), que dirige todo el proceso.
• La Unidad Aritmético-Lógica (ALU), que interpreta las instrucciones y realiza las operaciones requeridas.
• Los Registros, que son unas memorias pequeñas donde se guardan unos pocos dígitos necesarios durante el proceso.

Para llevar a cabo un proceso, la Unidad de Control lee la instrucción correspondiente de la memoria principal y copia los datos necesarios, transmitiéndolos a la Unidad Aritmético-Lógica. La UC se apoya en los Registros para este proceso. Posteriormente, la ALU interpreta estas instrucciones y realiza una serie de operaciones aritméticas o lógicas con los datos recibidos, enviándolos a los periféricos a través de la Unidad de Entrada/Salida.