ESQUEMA TEMA 2: HARDWARE

Capítulo 1

Bit

Bit es el acrónimo de Binary digit (o sea de ‘dígito binario’, en español señalado como bit o bitio). Un bit es un dígito del sistema de numeración binario. La capacidad de almacenamiento de una memoria digital también se mide en bits

1.1 Combinaciones de bits

 Con un bit podemos representar solamente dos valores o dos diferentes estados, que suelen representarse como 0, 1.[4] 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

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.

1.4 Little endian y Big endian

 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. En los computadores, cada byte se identifica con su posición en la memoria (dirección). Cuando se manejan números de más de un byte, estos bytes también deben estar ordenados de menor a mayor, indicando la posición del byte menos significativo y del byte más significativo

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

Capítulo 2

Byte

Byte (B) (pronunciada [bait] o ['bi.te]) es la unidad de información de base utilizada en computación y en telecomunicaciones, y que resulta equivalente a un conjunto ordenado de bits (generalmente 8 bits por lo que en español también se le denomina octeto)

2.1 Visión general

 Se usa como unidad de información digital en combinación con los prefijos del SI o los prefijos binarios.

2.1.1 Definición

1. Es una secuencia contigua de bits en un flujo de datos serie, como en comunicaciones por módem o satélite, o desde un cabezal de disco duro, y es la unidad de datos más pequeña con significado. Estos bytes pueden incluir bits de inicio, parada o paridad, y según los casos, podrían contener de 7 a 12 bits, para así contemplar todas las posibilidades del código ASCII de 7 bits, o de extensiones de dicho código.

2. Es un tipo de datos o un sinónimo en ciertos lenguajes de programación. En el lenguaje C por ejemplo, se define byte como la “unidad de datos de almacenamiento direccionable lo suficientemente grande como para albergar cualquier miembro del juego de caracteres básico del entorno de ejecución” (cláusula 3.6 del C estándar). En C, el tipo de datos unsigned char es tal que al menos debe ser capaz de representar 256 valores distintos (cláusula 5.2.4.2.1). La primitiva de Java byte está siempre definida con 8 bits siendo un tipo de datos con signo, tomando valores entre –128 y 127

2.2 Historia

2.2.1 Werner Buchholz

 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 (el diseño de producción redujo este hasta campos de 3 bits, permitiendo desde uno a ocho bits en un byte).

2.3 Visión detallada

2.3.1 Controversias

 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.

2.3.2 Múltiplos del byte

 Los prefijos utilizados para los múltiplos del byte normalmente son los mismos que los prefijos del SI, también se utilizan los prefijos binarios, pero existen diferencias entre ellos, ya que según el tipo de prefijo utilizado los bytes resultantes tienen valores diferentes. Esto se debe a que los prefijos del SI se basan en base 10 (sistema decimal), y los prefijos binarios se basan en base 2 (sistema binario), por ejemplo:

• kibibyte = 1024 B = 2^10 bytes.

• kilobyte = 1000 B = 10^3 bytes

2.3.3 Otras definiciones

 La palabra byte también tiene otras definiciones: Una secuencia contigua de bits en una computadora binaria que comprende el sub-campo direccionable más pequeño del tamaño de palabra natural de la computadora. (Esto es, la unidad de datos binarios más pequeña en que la computación es significativa, o se pueden aplicar las cotas de datos naturales.)

Capítulo 3

Sistema binario

 El sistema binario, llamado también sistema diádico en ciencias de la computación, es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente las cifras cero y uno (0 y 1). Es uno de los que se utilizan en las computadoras, debido a que estas trabajan internamente con dos niveles de voltaje, por lo cual su sistema de numeración natural es el sistema binario (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.

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.

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.

3.2 Representación

 Ejemplo: el sistema binario puede ser representado solo por dos dígitos. 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.

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. Es decir, cuando el número a dividir sea 1 finaliza la división. 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.

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.

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, 2^0 ).

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

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.

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

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 (se transforma en 10 - 1 = 1) (en sistema decimal equivale a 2 - 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.

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.

Capítulo 4

ASCII

ASCII(acrónimo inglés de American Standard Code for Information Interchange — Código Estándar Estadounidense para el Intercambio de Información), pronunciado generalmente [áski] o [ásci] o [ásqui], 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, conocido desde 1969 como el Instituto Estadounidense de Estándares Nacionales, o ANSI) 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.

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. El código de caracteres ASCII —o una extensión compatible — se usa casi en todas las computadoras, especialmente con computadoras personales y estaciones de trabajo. El nombre más apropiado para este código de caracteres es “US-ASCII”

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. Baudot ayudó en la automatización del envío y recepción de mensajes telegráficos, y tomó muchas características del código Morse; sin embargo, a diferencia del código Morse, Baudot usó códigos de longitud constante.

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. Por ejemplo, el carácter 10 representa la función “nueva línea” (line feed), que hace que una impresora avance el papel, y el carácter 27 representa la tecla “escape” que a menudo se encuentra en la esquina superior izquierda de los teclados comunes. El código 127 (los siete bits a uno), otro carácter especial, equivale a “suprimir” (“delete”).

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. El ASCII de siete bits proporciona siete caracteres “nacionales” y, si la combinación concreta de hardware y software lo permite, puede utilizar combinaciones de teclas para simular otros caracteres internacionales: en estos casos un backspace puede preceder a un acento abierto o grave (en los estándares británico y estadounidense, pero sólo en estos estándares, se llama también “opening single quotation mark”), una tilde o una “marca de respiración”.

4.5 Rasgos estructurales

• Los dígitos del 0 al 9 se representan con sus valores prefijados con el valor 0011 en binario (esto significa que la conversión BCD-ASCII es una simple cuestión de tomar cada unidad bcd y prefijarla con 0011).

• Las cadenas de bits de las letras minúsculas y mayúsculas sólo difieren en un bit, simplificando de esta forma la conversión de uno a otro grupo.

4.6 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. Se pueden encontrar algunas de esas variaciones clasificadas como "ASCII Extendido", aunque en ocasiones el término se aplica erróneamente para cubrir todas las variantes, incluso las que no preservan el conjunto de códigos de caracteres original ASCII de siete bits. La ISO 646 (1972), el primer intento de remediar el sesgo pro-inglés de la codificación de caracteres, creó problemas de compatibilidad, pues también era un código de caracteres de 7 bits. No especificó códigos adicionales, así que reasignó algunos específicamente para los nuevos lenguajes. De esta forma se volvió imposible saber en qué variante se encontraba codificado el texto, y, consecuentemente, los procesadores de texto podían tratar una sola variante. La tecnología mejoró y aportó medios para representar la información codificada en el octavo bit de cada byte, liberando este bit, lo que añadió otros 128 códigos de carácter adicionales que quedaron disponibles para nuevas asignaciones. Por ejemplo, IBM desarrolló páginas de código de 8 bits, como la página de códigos 437, que reemplazaba los caracteres de control con símbolos gráficos como sonrisas, y asignó otros caracteres gráficos adicionales a los 128 bytes superiores de la página de códigos.

4.7 Arte ASCII

 El código de caracteres ASCII es el soporte de una disciplina artística minoritaria, el arte ASCII, que consiste en la composición de imágenes mediante caracteres imprimibles ASCII. El efecto resultante ha sido comparado con el puntillismo, pues las imágenes producidas con esta técnica generalmente se aprecian con más detalle al ser vistas a distancia. El arte ASCII empezó siendo un arte experimental, pero pronto se popularizó como recurso para representar imágenes en soportes incapaces de procesar gráficos, como teletipos, terminales, correos electrónicos o algunas impresoras.