Resumen tema 2 hardware

Resumen Tema 2

Hardware:

1.El bit:

Bit es el acrónimo de Binary digit. Un bit es un dígito del sistema de numeración binario. La capacidad de almacenamiento de una memoria digital también se mide en bits, pues esta palabra tiene varias acepciones.

Lo usual es que un registro digital u otras memorias digitales vinculadas con la computación y/o con las telecomunicaciones, tengan una capacidad de representación de informaciones de por ejemplo 8 bits, o 32 bits, o 64 bits, o 16 bits, etc; una memoria binaria tiene una capacidad efectiva de representación de un bit.

Mientras que en el sistema de numeración decimal se usan diez dígitos (diez símbolos), en el binario se usan solo dos dígitos, el 0 y el 1. Un bit o dígito binario puede representar uno de esos dos valores: 0 o 1.

1.1Combinaciones de bits:

Para representar o codificar más información en un dispositivo digital, necesitamos una mayor cantidad de bits.

Si usamos dos bits, tendremos cuatro combinaciones posibles:

 0 - 0 - Los dos están “apagados”

 0 - 1 - El primero está “apagado” y el segundo “encendido”

 1 - 0 - El primero está “encendido” y el segundo “apagado”

 1 - 1 - Los dos están “encendidos”

1.2  Valor de posición:

En cualquier sistema de numeración posicional, el valor de los dígitos depende de la posición en que se encuentren. En
el sistema decimal, por ejemplo, el dígito 5 puede valer 5 si está en la posición de las unidades, pero vale 50 si está en la 
posición de las decenas, y 500 si está en la posición de las centenas. Generalizando, cada vez que nos movemos una 
posición hacia la izquierda el dígito vale 10 veces más, y cada vez que nos movemos una posición hacia la derecha, vale 
10 veces menos. Esto también es aplicable a números con decimales.

1.3 Bits más y menos significativos:

Un conjunto o grupo de bits, como por ejemplo un byte, representa un conjunto de elementos ordenados. Se llama bit 
más significativo (MSB) al bit que tiene un mayor peso (mayor valor) dentro del conjunto, análogamente, se llama bit 
menos significativo (LSB) al bit que tiene un menor peso dentro del conjunto.

En cualquier caso, el bit más significativo es el que generalmente se representa en el extremo izquierdo y el menos significativo el del extremo derecho. Esto es análogo al sistema decimal, en donde el dígito más significativo es el de la izquierda y el menos significativo el de la derecha.

Este concepto de significatividad se extiende al conjunto de bytes que representan números o valores numéricos en las computadoras.

1.4  Little endian y Big endian:

Se refieren al orden que las máquinas asignan a los bytes que representan números o valores numéricos. Una máquina 
little endian asigna los bytes menos significativos en el extremo más bajo de la memoria, mientras que una máquina big 
endian asigna los bytes menos significativos en el extremo más alto. De este modo, un byte con el número decimal 27 se 
almacenaría en una máquina Little endian igual que en una máquina big endian, ya que sólo ocupa un byte. Sin 
embargo, para números más grandes los bytes que los representan se almacenarían en distinto orden en cada arquitectura.

Independiente de si la máquina es de arquitectura little endian o big endian, los bits dentro de cada byte siempre están en el mismo orden, con el bit más significativo a la izquierda y el menos significativo a la derecha. Los registros del procesador, que pueden ser de 4 a 64 bits, y más, también tienen sus bits en el mismo orden en ambos tipos de máquina.

1.5 Arquitecturas de 4, 8, 16, 32 y 64 bits:

Cuando se habla de CPUs o microprocesadores de 4, 8, 16, 32, 64 bits, se refiere al tamaño, en número de bits, que tienen los registros internos del procesador y también a la capacidad de procesamiento de la Unidad aritmético lógica (ALU). Un microprocesador de 4 bits tiene registros de 4 bits y la ALU hace operaciones con los datos en esos registros de 4 bits, mientras que un procesador de 8 bits tiene registros y procesa los datos en grupos de 8 bits.

Cuando se habla de procesadores de, digamos 32 bits, nos referimos a su capacidad de procesar datos en hasta 32 bits simultáneamente (también puede procesar datos en 8 y 16 bits). La denominación de “microprocesador de 32 bits” no se refiere al tamaño del bus de datos del CPU ni del bus de direcciones, sino a su capacidad de trabajar normalmente con los datos en el número máximo de bits.

1.6 Bit en las películas:

En la película Tron, un bit está representado por una forma poliédrica de color blanco que es un compuesto de dodecaedro e icosaedro. Solo puede decir “sí" (encendido) y “no” (apagado). Cuando el bit dice “sí" cambia brevemente en un octaedro amarillo, y cuando dice que “no” se transforma en una forma de punta roja. Si se alarma repite la palabra varias veces, por ejemplo: "¡No no no no no no!".

2. Byte.

Es la unidad de información de base utilizada en computación y en telecomunicaciones, y que resulta equivalente a un 
conjunto ordenado de bits.

El cambio de letra no solo redujo la posibilidad de confundirlo con bit, sino que también era consistente con la afición de los primeros científicos en computación en crear palabras y cambiar letras.[14] Sin embargo, en los años 1960, en el Departamento de Educación de IBM del Reino Unido se enseñaba que un bit era un Binary digIT y un byte era un BinarY TuplE. Un byte también se conocía como “un byte de 8 bits”, reforzando la noción de que era una tupla de n bits y que se permitían otros tamaños.

2.2 Historia:

El término byte fue acuñado por Werner Buchholz en 1957 durante las primeras fases de diseño del IBM 7030 Stretch. Originalmente fue definido en instrucciones de 4 bits, permitiendo desde uno hasta dieciséis bits en un byte.

Un tamaño fijo de byte de 8 bits se adoptó posteriormente y se promulgó como un estándar por el IBM

S/360.

2.3 Visión detallada:

Originalmente el byte fue elegido para ser un submúltiplo del tamaño de palabra de un ordenador, desde cinco a doce bits. La popularidad de la arquitectura IBM S/360 que empezó en los años 1960 y la explosión de las microcomputadoras basadas en microprocesadores de 8 bits en los años 1980 ha hecho obsoleta la utilización de otra cantidad que no sean 8 bits. Los bytes de 8 bits se integran firmemente en estándares comunes como Ethernet y HTML.

3.Sistema Binario

El sistema binario en ciencias de la computación, es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente las cifras 0 y 1. Es uno de los que se utilizan en las computadoras, debido a que estas trabajan internamente con dos niveles de voltaje (encendido 1, apagado 0).

3.1 Historia del sistema binario

El antiguo matemático indio Pingala presentó la primera descripción que se conoce de un sistema de numeración binario en el siglo tercero antes de nuestra era, lo cual coincidió con su descubrimiento del concepto del número cero. Una serie completa de 8 trigramas y 64 hexagramas y números binarios de 6 bits eran conocidos en la antigua China en el texto clásico del I Ching. Series similares de combinaciones binarias también han sido utilizadas en sistemas de adivinación tradicionales africanos, como el Ifá. En 1605 Francis Bacon habló de un sistema por el cual las letras del alfabeto podrían reducirse a secuencias de dígitos binarios, las cuales podrían ser codificadas como variaciones apenas visibles en la fuente de cualquier texto arbitrario. El sistema binario moderno fue documentado en su totalidad por Leibniz, en el siglo XVII, en su artículo "Explication de l'Arithmétique Binaire". En él se mencionan los símbolos binarios usados por matemáticos chinos. Leibniz utilizó el 0 y el 1, al igual que el sistema de numeración binario actual. En 1854, el matemático británico George Boole publicó un artículo que marcó un antes y un después, detallando un sistema de lógica que terminaría denominándose Álgebra de Boole. Dicho sistema desempeñaría un papel fundamental en el desarrollo del sistema binario actual, particularmente en el desarrollo de circuitos electrónicos.

3.1.1 Aplicaciones

En 1937, Claude Shannon realizó su tesis doctoral en el MIT, en la cual implementaba el Álgebra de Boole y aritmética binaria utilizando relés y conmutadores por primera vez en la historia. Titulada Un Análisis Simbólico de Circuitos Conmutadores y Relés, la tesis de Shannon básicamente fundó el diseño práctico de circuitos digitales. En noviembre de 1937, George Stibitz, trabajando por aquel entonces en los Laboratorios Bell, construyó una computadora basada en relés que utilizaba la suma binaria para realizar los cálculos. Los Laboratorios Bell autorizaron un completo programa de investigación a finales de 1938, con Stibitz al mando. El 8 de enero de 1940 terminaron el diseño de una “Calculadora de Números Complejos”, la cual era capaz de realizar cálculos con números complejos. En una demostración en la conferencia de la Sociedad Estadounidense de Matemática, el 11 de septiembre de 1940, Stibitz logró enviar comandos de manera remota a la Calculadora de Números Complejos a través de la línea telefónica mediante un teletipo. Fue la primera máquina computadora utilizada de manera remota a través de la línea de teléfono. 

3.2 Representación

Un número binario puede ser representado por cualquier secuencia de bits (dígitos binarios), que suelen representar cualquier mecanismo capaz de usar dos estados mutuamente excluyentes.

El valor numérico representado en cada caso depende del valor asignado a cada símbolo. En una computadora, los valores numéricos pueden representar dos voltajes diferentes; también pueden indicar polaridades magnéticas sobre un disco magnético. La representación más habitual, es usando números arábigos, los números binarios comúnmente son escritos usando los símbolos 0 y 1.

 -100101 binario (declaración explícita de formato)

 -100101b (un sufijo que indica formato binario)

 -100101B (un sufijo que indica formato binario)

 -bin 100101 (un prefijo que indica formato binario)

 -1001012 (un subíndice que indica base 2 (binaria) notación)

-%100101 (un prefijo que indica formato binario)

 -0b100101 (un prefijo que indica formato binario, común en lenguajes de programación)

3.3 Conversión entre binario y decimal

3.3.1 Decimal a binario

Se divide el número del sistema decimal entre 2, cuyo resultado entero se vuelve a dividir entre 2, y así sucesivamente hasta que el dividendo sea menor que el divisor, 2. A continuación se ordenan los restos empezando desde el último al primero, simplemente se colocan en orden inverso a como aparecen en la división, se les da la vuelta. Este será el número binario que buscamos.

Ejemplo:

De esta forma podremos averiguar en sistema binario, 131 se escribe 10000011

3.3.2 Decimal (con decimales) a binario

Para transformar un número del sistema decimal al sistema binario:

1. Se transforma la parte entera a binario. (Si la parte entera es 0 en binario será 0, si la parte entera es 1 en binario será 1, si la parte entera es 5 en binario será 101 y así sucesivamente).

2. Se sigue con la parte fraccionaria, multiplicando cada número por 2. Si el resultado obtenido es mayor o igual a 1 se anota como un uno (1) binario. Si es menor que 1 se anota como un 0 binario. (Por ejemplo, al multiplicar 0.6 por 2 obtenemos como resultado 1.2 lo cual indica que nuestro resultado es un uno (1) en binario, solo se toma la parte decimal del resultado).

3. Después de realizar cada multiplicación, se colocan los números obtenidos en el orden de su obtención.

4. Algunos números se transforman en dígitos periódicos, por ejemplo: el 0.1.

Ejemplo

0,3125 (decimal) => 0,0101 (binario). Proceso: 0,3125 · 2 = 0,625 => 0 0,625 · 2 = 1,25 => 1 0,25 · 2 = 0,5 => 0 0,5 · 2 = 1 => 1 En orden: 0101 -> 0,0101 (binario)

3.3.3 Binario a decimal

Para realizar la conversión de binario a decimal, realice lo siguiente:

1. Inicie por el lado derecho del número en binario, cada cifra multiplíquela por 2 elevado a la potencia consecutiva (comenzando por la potencia 0, 20).

2. Después de realizar cada una de las multiplicaciones, sume todas y el número resultante será el equivalente al sistema decimal.

Ejemplo:

 (Los números de arriba indican la potencia a la que hay que elevar 2)

 1⁵1⁴0³1²0¹1⁰₂ = 1 x 2⁵ + 1 x 2⁴ + 0 x 2³ + 1 x 2² + 0 x 2¹ + 1 x 2⁰ = 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 53

3.3.4 Binario a decimal (con parte fraccionaria binaria)

1. Inicie por el lado izquierdo (la primera cifra a la derecha de la coma), cada número multiplíquelo por 2 elevado a la potencia consecutiva a la inversa (comenzando por la potencia -1, 2^-1).

2. Después de realizar cada una de las multiplicaciones, sume todas y el número resultante será el equivalente al sistema decimal.

Ejemplo:

 0,101001 (binario) = 0,640625(decimal). Proceso:

1 · 2 elevado a -1 = 0,5 0 · 2 elevado a -2 = 0 1 · 2 elevado a -3 = 0,125 0 · 2 elevado a -4 = 0 0 · 2 elevado a -5 = 0 1 · 2 elevado a -6 = 0,015625 La suma es: 0,640625

3.4 Operaciones con números binarios

3.4.1 Adición de números binarios

La tabla de sumar para números binarios es la siguiente:

Las posibles combinaciones al sumar dos bits son:

- 0 + 0 = 0

- 0 + 1 = 1

- 1 + 0 = 1

- 1 + 1 = 10

Note que al sumar 1 + 1 es 10, es decir, llevamos 1 a la siguiente posición de la izquierda (acarreo).

Ejemplo:

 10011000 + 00010101 ——————————— 10101101

 3.4.2 Sustracción de números binarios

El algoritmo de la resta en sistema binario es el mismo que en el sistema decimal. Pero conviene repasar la operación de restar en decimal para comprender la operación binaria, que es más sencilla. Los términos que intervienen en la resta se llaman minuendo, sustraendo y diferencia. Las restas básicas 0 - 0, 1 - 0 y 1 - 1 son evidentes:

- 0 - 0 = 0

- 1 - 0 = 1

- 1 - 1 = 0

- 0 - 1 = 1

3.4.3 Producto de números binarios

La tabla de multiplicar para números binarios es la siguiente: El algoritmo del producto en binario es igual que en números decimales; aunque se lleva a cabo con más sencillez, ya que el 0 multiplicado por cualquier número da 0, y el 1 es el elemento neutro del producto.

Por ejemplo, multipliquemos 10110 por 1001:

10110 1001 ————————— 10110 00000 00000 10110 ———————11000110

3.4.4 División de números binarios

La división en binario es similar a la decimal; la única diferencia es que a la hora de hacer las restas, dentro de la división, estas deben ser realizadas en binario.

Ejemplo:

Dividir 100010010 (274) entre 1101 (13):

100010010 /1101 = 010101 -0000 ——————— 10001 -1101 ——————— 01000 - 0000 ————— —— 10000 - 1101 ——————— 00111 - 0000 ——————— 01110 - 1101 ——————— 00001

 3.5 Conversión entre sistema binario y octal

3.5.1 Sistema binario a octal

Debido a que el sistema octal tiene como base 8, que es la tercera potencia de 2, y que dos es la base del sistema binario, es posible establecer un método directo para convertir de la base dos a la base ocho, sin tener que convertir de binario a decimal y luego de decimal a octal. Este método se describe a continuación:

Para realizar la conversión de binario a octal, realice lo siguiente:

1) Agrupe la cantidad binaria en grupos de 3 en 3 iniciando por el lado derecho. Si al terminar de agrupar no completa

3 dígitos, entonces agregue ceros a la izquierda.

2) Posteriormente vea el valor que corresponde de acuerdo a la tabla:

3) La cantidad correspondiente en octal se agrupa de izquierda a derecha.

Ejemplo:

-110111 (binario) = 67 (octal). Proceso:

111 = 7 110 = 6 Agrupe de izquierda a derecha: 67

3.5.2 Octal a binario

Cada dígito octal se convierte en su binario equivalente de 3 bits y se juntan en el mismo orden.

Ejemplo:

-247 (octal) = 010100111 (binario). El 2 en binario es 10, pero en binario de 3 bits es Oc(2) = B(010); el Oc(4) = B(100) y el Oc(7) = (111), luego el número en binario será 010100111.

3.6 Conversión entre binario y hexadecimal

3.6.1 Binario a hexadecimal

Para realizar la conversión de binario a hexadecimal, realice lo siguiente:

1) Agrupe la cantidad binaria en grupos de 4 en 4 iniciando por el lado derecho. Si al terminar de agrupar no completa 4 dígitos, entonces agregue ceros a la izquierda.

2) Posteriormente vea el valor que corresponde de acuerdo a la tabla:

3) La cantidad correspondiente en hexadecimal se agrupa de derecha a izquierda.

Ejemplo:

- 110111010 (binario) = 1BA (hexadecimal). Proceso:

1010 = A 1011 = B 1 entonces agregue 0001 = 1 Agrupe de derecha a izquierda: 1BA

3.6.2 Hexadecimal a binario

Note que para pasar de Hexadecimal a binario, se remplaza el número Hexadecimal por el equivalente de 4 bits, de

forma similar a como se hace de octal a binario.

4.ASCII

ASCII (American Standard Code for Information Interchange), es un código de caracteres basado en el alfabeto latino, tal como se usa en inglés moderno. Fue creado en 1963 por el Comité Estadounidense de Estándares (ASA)como una refundición o evolución de los conjuntos de códigos utilizados entonces en telegrafía. Más tarde, en 1967, se incluyeron las minúsculas, y se redefinieron algunos códigos de control para formar el código conocido como US-ASCII.

El código ASCII utiliza 7 bits para representar los caracteres; casi todos los sistemas informáticos actuales utilizan el código ASCII.

4.1 Vista general

Las computadoras solamente entienden números. El código ASCII es una representación numérica de un carácter como ‘a’ o ‘@’.Como otros códigos de formato de representación de caracteres, el ASCII es un método para una correspondencia entre cadenas de bits y una serie de símbolos (alfanuméricos y otros), permitiendo de esta forma la comunicación entre dispositivos digitales así como su procesado y almacenamiento.

4.2 Historia

El código ASCII se desarrolló en el ámbito de la telegrafía y se usó por primera vez comercialmente como un código de teleimpresión impulsado por los servicios de datos de Bell. Bell había planeado usar un código de seis bits, derivado de Fieldata, que añadía puntuación y letras minúsculas al más antiguo código de teleimpresión Baudot, pero se les convenció para que se unieran al subcomité de la Agencia de Estándares Estadounidense (ASA), que había empezado a desarrollar el código ASCII. La Agencia de Estándares Estadounidense (ASA), que se convertiría más tarde en el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI), publicó por primera vez el código ASCII en 1963. El ASCII publicado en 1963.

4.3 Los caracteres de control ASCII

El código ASCII reserva los primeros 32 códigos (numerados del 0 al 31 en decimal) para caracteres de control: códigos no pensados originalmente para representar información imprimible, sino para controlar dispositivos (como impresoras) que usaban ASCII. Muchos de los caracteres de control ASCII servían para marcar paquetes de datos, o para controlar protocolos de transmisión de dato. Actualmente los usuarios de ASCII usan menos los caracteres de control.

4.4 Caracteres imprimibles ASCII

El carácter 'espacio', designa al espacio entre palabras, y se produce normalmente por la barra espaciadora de un teclado. Los códigos del 33 al 126 se conocen como caracteres imprimibles, y representan letras, dígitos, signos de puntuación y varios símbolos.

4.7 Variantes de ASCII

A medida que la tecnología informática se difundió a lo largo del mundo, se desarrollaron diferentes estándares y las empresas desarrollaron muchas variaciones del código ASCII para facilitar la escritura de lenguas diferentes al inglés que usaran alfabetos latinos.