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Analogía de un Ordenador

El principio de funcionamiento de un computador se puede entender fácilmente haciendo una analogía con una orquesta para interpretaciones musicales, en la cual se debe tener lo siguiente:

1. Un lenguaje con el cual se puedan representar las notas musicales. Consiste de símbolos que significan octavas, tonos, corcheas, tiempos y demás elementos de una partitura.

De manera análoga a la función de las partituras musicales, en el campo de los sistemas informáticos se dispone de lenguajes para escribir las instrucciones que el computador debe interpretar y ejecutar. Algunos de estos lenguajes han sido el Basic, Fortran, Cobol, C y Pascal, entre otros.

2. Un personal administrativo que organice todas las funciones en el teatro, tal como ayudar a ubicar los asistentes en sus sillas, controlar las luces, organizar el aseo, imponer el orden, vender los boletos, guardar las partituras que ya se tocaron, eliminar las que ya no son útiles, etc.

En el computador, tal administración de los recursos del sistema le corresponde a un conjunto de programas denominado Sistema Operativo, los cuales indican al computador cómo hacer las operaciones básicas relacionadas con el manejo de los discos, cómo operar los dispositivos periféricos (monitor, teclado, impresora, mouse, scanner, etc.). Los programas del Sistema Operativo usualmente vienen grabados en un disco, a manera de archivos, cada uno con un nombre alusivo a la función que puede cumplir, tal como DiskCopy, Format, Print, Xcopy, Defrag, etc.

Los sistemas operativos más populares actualmente son Linux y Windows. El primero es gratuito, y por el segundo hay que pagar una licencia de uso para cada máquina. En los comienzos de la era informática el sistema operativo más popular fue el DOS (se dice "deoese").

3. Un director que se hace en el centro de la orquesta para indicar a cada ejecutante cuándo y cómo tocar su instrumento.

En el computador, esa labor le corresponde a la CPU, que significa Unidad Central de Procesamiento. Es la pieza fundamental, sin la cual no puede funcionar ninguna de las otras. Recibe las instrucciones de los programas, las traduce al lenguaje interno de la máquina, las ejecuta, controla todos y cada uno de los pasos del proceso y administra los accesos a la memoria. Hace las operaciones aritméticas, compara los resultados y procede en consecuencia.

4. Unas partituras con las notas de las canciones que se han de interpretar.

En el computador, las partituras equivalen a los programas de aplicación. Son conjuntos de instrucciones desarrollados para que la CPU ejecute las tareas del usuario, tal como llevar la contabilidad de la empresa, convertir el computador en una máquina para escribir o dibujar, elaborar planillas, actuar como si fuese un equipo de sonido o de video, etc. El programa de aplicación puede ser desarrollado por el usuario, o comprado en tiendas especializadas.

5. Unos atriles para sostener temporalmente las hojas con las partituras que se han de interpretar.

En el computador, esa función le corresponde a la memoria RAM, utilizada por la CPU como cuaderno de borrador para apuntes ocasionales y para cargar porciones del programa que ha de ejecutar. Es la memoria temporal para la sesión de trabajo, a diferencia de la memoria de los discos, que es memoria de almacenamiento permanente.

6. Uno o más maletines en los cuales se guardan las carpetas con las partituras y los accesorios para manejar los instrumentos.

En el computador esto equivale a las unidades de disco, de CD o de cinta. Es lo que se llama memoria de almacenamiento. De lo que allí se graba, se puede copiar cualquier porción a la memoria de trabajo (memoria RAM) para que la CPU haga su trabajo de una forma más eficiente, ya que a los datos de la memoria RAM se accede muchísimo más rápido que si estos se toman cada vez de la unidad de disco.

7. Diversos instrumentos musicales. Los hay de entrada por teclado, como los pianos y órganos; de salida de viento como las trompetas y flautas; de cuerdas o de percusión, como tambores, etc.

En un sistema informático, los instrumentos equivalen a los equipos de entrada y salida de datos, tales como el teclado, el mouse (ratón), la cámara de video, el joystick (palanca de juegos), el scanner (rastreador de imagen), la impresora y el monitor.

Si se utilizan para que el usuario introduzca información al sistema, caso del mouse, el teclado, el joystick y el scanner, se llaman periféricos de entrada. Si su función es comunicar los datos del computador al usuario, como lo hacen la impresora y el monitor, se llaman periféricos de salida.

También existen los periféricos de entrada y salida (I/O, Input/Output), que cumplen a la vez las dos funciones, tales como los discos de almacenamiento de datos y ciertos monitores con pantalla sensible al tacto.

De manera similar a una herramienta multiservicios, que sirve como alicate, destornillador, navaja, sierra, regla, destapador de botellas, lima, y otras cosas más, el computador es una máquina (hardware) que se puede programar (software) para ejecutar diversas funciones.

El hardware o máquina consiste básicamente de una CPU o Unidad Central de Procesamiento, un monitor, un teclado, un mouse (ratón) y una impresora. Para casos especiales se puede agregar un scanner, una cámara de vídeo y un joystick o palanca de juegos.

El software es todo conjunto de instrucciones que la máquina debe procesar para cumplir el fin propuesto. Existen básicamente tres categorías, dependiendo de su función: Instrucciones indispensables para iniciar la marcha del sistema, instrucciones para las operaciones fundamentales del sistema, e instrucciones que constituyen los programas de aplicación del usuario.

Las instrucciones de inicio usualmente son programas cortos -o rutinas- encargadas de poner el sistema en condiciones de trabajar, las cuales se encuentran grabadas en un circuito electrónico de la máquina, llamado Memoria ROM, y se ejecutan automáticamente cada vez que encendemos el computador.

Puesto que nuestros antepasados usaban los 10 dedos de las manos para hacer las cuentas, se hizo popular el sistema numérico decimal o "de base 10", representado por símbolos que van desde el 0 hasta el 9. Reciben el nombre de "dígitos" por tener su origen en los "deditos".

Puesto que un computador no tiene 10 dedos, ni su equivalente eléctrico, ya que funciona con circuitos digitales que conducen impulsos eléctricos formados por sólo 2 niveles de voltaje (alto o activo y bajo o inactivo), no puede manejar directamente el sistema decimal nuestro. Es necesario adoptar un sistema de sólo dos dígitos, el 0 y el 1, llamado binario. Bi es un prefijo que significa dos o doble: bifurcación, bicolor, bizco.

El 1 usualmente se representa con un pulso eléctrico activo, y el 0 con lo contrario: con apagado o un nivel de señal bajo. En álgebra de Boole, el 0 equivale a Falso y el 1 a Verdadero.

En informática se usa el término bit para indicar dígito binario. Su nombre es una abreviatura de BInary digiT. Un bit es la mínima unidad de información en un sistema binario, así como una letra es la mínima unidad en un sistema alfabético.

Por ejemplo, la expresión 1101 0101 está formada por 8 bits.

Un computador hace internamente todas las operaciones en binario. Las letras que digitamos con el teclado y los caracteres que aparecen en la pantalla e impresora, son procesados por un circuito "traductor" (codificador o descodificador) que las convierte al lenguaje binario, y viceversa. Tal circuito busca las equivalencias en una tabla de filas y columnas que hace las veces de un diccionario para traducir palabras de un idioma a otro. Las tablas más utilizadas actualmente son la ASCII (se pronuncia "asqui"), la ANSI, con capacidad para 256 caracteres y la Unicode, para 65.536 caracteres.

Así como en el español juntamos letras para formar palabras, de igual manera se pueden reunir bits para indicar palabras binarias o words. En informática la palabra binaria más común se llama byte (se pronuncia "bait"), formada por 8 bits cuando son procesados como una sola unidad de información. Se ha escogido este número porque se comprobó que las 256 combinaciones posibles de 1s y 0s eran suficientes para representar los caracteres de los idiomas más utilizados, incluyendo los 10 números decimales, lo signos ortográficos y los signos matemáticos.

1 byte = 8 bits.

1 byte = 0101 0111, 0001 1001, etc.

1 byte = 1 carácter del alfabeto.

1024 bits se abrevia 1Kb (minúscula).

1024 bytes o 1KB (mayúscula).

1 megabyte (MB) es igual a 1024 KB.

1 gigabyte (GB) es igual a 1024 MB.

Contemos en forma ascendente, pero utilizando números que sólo estén formados por unos y/o ceros. Comencemos: Cero (0), uno (1), diez (10), once (11), cien (100), ciento uno (101), ciento diez (110), ciento once (111), mil (1000), mil uno (1001), mil diez (1010), mil once (1011), mil cien (1100), mil ciento uno (1101), (1110), (1111), etc. En binario no se dice cien, sino "uno cero cero". Once se lee "uno uno". Hagamos ahora una tabla con el conteo decimal equivalente y comparemos los resultados:

0 0 100 4 1000 8 1100 12

1 1 101 5 1001 9 1101 13

10 2 110 6 1010 10 1110 14

11 3 111 7 1011 11 1111 15

Igual que en el sistema decimal nuestro, el bit del extremo derecho representa las unidades; se le denomina bit de menor peso, o menos significante (LSB). Observa que cuando este bit es un 1, el número resultante en la columna de los decimales es impar (3, 5, 7, etc.). Cuando el segundo bit a partir del extremo derecho es 1, equivale a tener el decimal 2. El 1 en la tercera posición representa al 4, el cuarto al 8, y así sucesivamente. Siempre se multiplica por 2 al valor del bit anterior.

El bit de mayor peso o significación dentro de un byte es el dígito de la izquierda (MSB), y su valor equivalente en decimal resulta de elevar a la potencia "n" el número 2, siendo "n" el número que resulta de restar 1 a la posición que ocupa dicho bit dentro del byte, contando a partir del extremo derecho. Así, por ejemplo, el primer bit equivale a 20; el segundo equivale a 21; el tercero equivale a 22. El 2 elevado a la potencia 3 (23) es igual a 2x2x2=8.

Las simples letras no le sirven a nadie para comunicarse. Para ello es necesario crear un idioma que las utilice y les asigne algún significado a las palabras que con ellas se pueden formar. Los computadores emplean un lenguaje que tiene una palabra o instrucción para cada una de las tareas para las que fue diseñado el microprocesador (CPU). Dicho lenguaje se llama de bajo nivel, lenguaje de máquina o lenguaje ensamblador (assembler). El conjunto (set) de instrucciones del lenguaje de máquina es propio de cada referencia del microprocesador.

Aunque podemos aprender las instrucciones para ordenar al microprocesador tareas en su lenguaje de máquina, ello no resulta práctico. Para facilitar la comunicación con la máquina se han diseñado unos lenguajes de alto nivel, más fáciles de manejar, tales como el Basic, Fortran, C, Pascal, etc. Los programadores utilizan alguno de estos lenguajes para desarrollar los programas de aplicación que han de manejar los usuarios del computador.

El hexadecimal es un sistema numérico en el que se emplean 16 dígitos diferentes para la notación, razón por la cual se le llama "de base 16". Son ellos los mismos diez dígitos del sistema decimal, además de las letras A, B, C, D, E y F, para representar los valores decimales que van del 10 al 15. Es muy empleado por los programadores de computadores para simplificar la representación de números binarios (de base 2), como veremos más adelante.

En el lenguaje interno de la máquina es común trabajar con 8 bits, cifra que puede representar hasta 256 combinaciones y cualquiera de los caracteres nuestros. Si tomamos la mitad, es decir 4 bits, veremos que la cantidad de combinaciones de unos y ceros se reduce a 16. Esto significa que cualquier combinación de 4 bits se puede representar con una sola cifra hexadecimal, lo cual simplifica bastante el manejo. Es más fácil decir F que 1111; B que 1011; C que 1100; 5H que 0101; 7H que 0111, etc. Ver la tabla que sigue para comprobar la simplificación. Los ceros de la izquierda en la columna binaria se pueden omitir, porque no representan valor.

DEC. BIN. HEX DEC. BIN. HEX

0 00000 0 31 0011111 1F

1 00001 1 32 0100000 20

2 00010 2 35 0100101 23

3 00011 3 40 0101000 28

4 00100 4 45 0101101 2D

5 00101 5 50 0110010 32

6 00110 6 55 0110111 37

7 00111 7 64 1000000 40

8 01000 8 65 1000001 41

9 01001 9 70 1000110 46

10 01010 A 75 1001011 4B

11 01011 B 76 1001100 4C

12 01100 C 77 1001101 4D

13 01101 D 78 1001110 4E

14 01110 E 79 1001111 4F

15 01111 F 80 1010000 50

16 10000 10 638 27E

17 10001 11 640 280

18 10010 12 1023 3FF

19 10011 13 1024 400

20 10100 14 2048 800

Para identificar fácilmente una cifra dada en notación hexadecimal, se acostumbra poner a su derecha una H pequeña, a manera de subíndice.

Desde la aparición del primer computador PC, se planteó la necesidad de establecer un estándar respecto a la forma como deberían ser interpretados los caracteres del teclado. IBM optó por el código ASCII, diseñado en 1968.

El código ASCII (American Standard Code for Information. Se pronuncia asqui) tenía originalmente 128 palabras binarias de 8 bits (128 bytes), las cuales representaban a los 128 caracteres alfanuméricos más usados, como las letras de varios idiomas, caracteres acentuados, caracteres para control de la máquina, los números del 0 al 9, los signos matemáticos y de puntuación. Posteriormente fue ampliado a 256 para representar elementos gráficos, como líneas y tramas de puntos.

El código ANSI, usado en Windows, y que podemos usar también con aplicaciones del DOS para cambiar los atributos del teclado y de la pantalla, usa los mismos 128 caracteres básicos del código ASCII, pero hace algunos cambios en los 128 caracteres gráficos adicionales.

El Unicode se usa en las versiones de Windows más recientes, y permite representar hasta 65.536 caracteres.

Se llama digital a una forma de representar información numéricamente, cual si ésta fuesen cosas que se pueden contar con los dedos, de lo cual proviene su nombre: Dedo, dedito, dígito, digital. Por lo mismo, se llama digital al instrumento de medida que presenta los datos en forma de dígitos o números, y al aparato musical o de video que maneja la información a manera de impulsos en vez de niveles de señal.

En un reproductor digital el sensor detecta los saltos o cambios súbitos en el nivel de una señal, cual si fuesen zanjas en una calle o peldaños de una escalera, y los lleva a un circuito electrónico que los convierte en señal sonora o en señal de video convencional.

El reproductor digital no es algo moderno ni novedoso. Su principio de funcionamiento viene de las viejas cajitas de música accionadas con cuerda, aquellas que tienen un tamborcito metálico que al dar vueltas genera sonidos en un diapasón de lengüetas de acero.

Los modernos computadores procesan y graban la información de manera digital, a manera de pulsos codificados según unos patrones denominados "tablas de caracteres".

También se puede representar la información mediante una señal que muestre una analogía o correspondencia equivalente, tal como la columna de mercurio de un termómetro sube o baja con la temperatura, la aguja de un instrumento se desplaza proporcionalmente hacia arriba o hacia abajo en el tablero para indicar mayor o menor cantidad de luz en un cuarto, o un péndulo suspendido de un hilo sobre una cubeta de arena deja trazos o caminos en ésta a medida que se mueve. A esta forma de representación se le llama analógica, o modo análogo.

El viejo gramófono con una bocina y un brazo móvil, que tiene una aguja que se coloca sobre el disco para seguir las ondulaciones del surco cuando el disco gira, es un reproductor de sonido de tipo analógico, porque su salida de audio corresponde a las variaciones de las ondulaciones de la pista.

Esta sección se ha realizado gracias a la colaboración de Aurelio Mejía Mesa

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