Qué son Sistemas Informáticos y Cómo Funcionan?
¿Alguna vez te has preguntado cómo tu ordenador es capaz de realizar tantas tareas? La respuesta está en su corazón: el sistema informático.
Un sistema informático es el conjunto de elementos físicos (hardware) y lógicos (software) que trabajan en conjunto para procesar, almacenar y transmitir información. Desde tu smartphone hasta los superordenadores que impulsan la inteligencia artificial, todos se basan en este principio fundamental.
¿Cómo funciona?
Imagina un sistema informático como un cerebro electrónico. El hardware, como el procesador, la memoria y los discos duros, son las partes físicas que realizan los cálculos y almacenan los datos. El software, como el sistema operativo y las aplicaciones, son las instrucciones que le indican al hardware qué hacer.
Al ingresar información a través de dispositivos de entrada (teclado, mouse), el sistema la procesa y produce resultados que se muestran en dispositivos de salida (pantalla, impresora). Todo este proceso ocurre a una velocidad increíble, gracias a los avances tecnológicos.
¿Por qué es importante entender los sistemas informáticos?
En nuestra era digital, los sistemas informáticos están presentes en todos los aspectos de nuestra vida. Comprender cómo funcionan te permitirá:
- Tomar decisiones informadas: Al elegir un ordenador, un smartphone o cualquier otro dispositivo electrónico.
- Resolver problemas básicos: Si tu ordenador presenta algún fallo, podrás identificar la posible causa y buscar una solución.
- Aprovechar al máximo la tecnología: Descubrir nuevas aplicaciones y herramientas que pueden mejorar tu productividad y calidad de vida.
Un sistema basado en computadora se caracteriza por algunos elementos fundamentales. Los componentes o partes de un sistema informático son:
- Hardware
- Software
- Información
- Personas
- Procedimientos o Tareas
- Documentación
El hardware corresponde a las partes electrónicas y mecánicas que hacen posible la existencia del software, el almacenamiento de información y la interacción con el usuario.
La CPU, la memoria primaria y secundaria, los periféricos, los componentes de la red informática son ejemplos de elementos de hardware. Una sola computadora puede admitir varios sistemas y un sistema puede requerir varias computadoras.
El software es la parte abstracta del sistema informático que se ejecuta en el hardware a partir de instrucciones codificadas en un lenguaje de programación.
Estas instrucciones permiten el procesamiento y almacenamiento de información en forma de datos codificados y pueden ser controlados por el usuario. Este control, así como el intercambio de información entre el usuario y el sistema, se realiza a través de la interfaz de usuario, compuesta por hardware y software.
¿Cómo Funcionan?
Las computadoras modernas son electrónicas y procesan información digital. La máquina física consta de transistores, circuitos digitales implementados con transistores, cables y componentes mecánicos en dispositivos periféricos utilizados para el almacenamiento de información. Estas entidades físicas se denominan colectivamente hardware.
Los programas de sistema y de aplicación se denominan software. Un sistema informático de propósito general es una máquina programable que puede resolver problemas aceptando entradas e instrucciones sobre cómo usar estas entradas.
Las instrucciones están incluidas en programas de computadora (es decir, software) que normalmente contienen secuencias de ellas. Los lenguajes gráficos rara vez se usan para representar programas de computadora como colecciones de instrucciones con relaciones entre pares arbitrarios de ellas.
Los programas a menudo se escriben en lenguajes de alto nivel (HLL) que tienen que ser traducidos (por compiladores de software apropiados) para producir código legible por máquina (es decir, lenguaje máquina) que puede ejecutarse directamente por el sistema informático.
El código de lenguaje máquina contiene secuencias de instrucciones primitivas para la computadora en representación binaria.
Por otro lado, los HLL emplean mnemónicos de instrucciones más poderosas y estructuras apropiadas para hacer que la programación sea fácil e independiente de la computadora de destino.
Software
Desde el punto de vista del software, una computadora es un sistema de seis niveles que consta de lógica digital (colecciones de puertas electrónicas), microarquitectura (una colección de unidades funcionales, como ALU, unidades aritméticas lógicas y su interconectividad), conjunto de instrucciones arquitectura (el conjunto completo de instrucciones en lenguaje máquina), sistema operativo (código que monitorea y controla las actividades de la computadora), lenguaje ensamblador y de máquina, y lenguaje de alto nivel.
El lenguaje ensamblador está muy cerca del lenguaje máquina de una computadora; básicamente reemplaza la representación binaria de las instrucciones de la máquina con mnemónicos de una manera uno a uno.
Hardware
Desde el punto de vista del hardware, se supone convenientemente que una computadora tiene una jerarquía de cinco niveles.
Los cinco niveles corresponden a puertos de red para conectarse con el mundo exterior (es posible que estos puertos no estén necesariamente disponibles, ya que una computadora puede ser una máquina informática y/o de procesamiento de información independiente), dispositivos periféricos o de almacenamiento masivo para (aplicaciones y sistema) almacenamiento de datos y programas, memoria principal, cachés de datos y programas (memorias rápidas para recuperar datos por contenido) y CPU (Unidad Central de Procesamiento) o procesador.
Se da especial énfasis en este artículo a la descripción de los sistemas informáticos basados en esta representación de cinco niveles. Muchos otros componentes también se incluyen en los sistemas informáticos para permitir que los componentes básicos antes mencionados funcionen correctamente.
Por ejemplo, los buses de control y de datos se utilizan para transmitir datos entre dos niveles sucesivos cualquiera de la jerarquía de hardware y la lógica de unión se utiliza para implementar las interfaces adecuadas. El diseño de un sistema informático suele comenzar con la selección de una CPU en concreto.
Los otros componentes se seleccionan progresivamente en función de los requisitos de rendimiento. Se utilizan técnicas analíticas, simulaciones de software y creación de prototipos de software o hardware del sistema informático completo o parcial para tomar decisiones finales sobre el diseño.
Se presta especial atención en la actualidad al codiseño hardware-software, donde la selección o diseño de los componentes se realiza al unísono con el desarrollo del software del sistema correspondiente.
Ejemplos
Existen varios tipos de sistemas informáticos de propósito general.
Estos tipos se agrupan en dos clases principales de computadoras, que comprenden computadoras secuenciales o convencionales y computadoras paralelas, respectivamente. La clase de sistemas informáticos secuenciales o convencionales comprende:
Laptops y Palmtops
Se trata pequeños sistemas informáticos portátiles.
Las computadoras portátiles a menudo contienen procesadores muy potentes y tienen capacidades muy similares a las de las PC (ver más abajo). Sus principales inconvenientes son pantallas más pequeñas, memoria más pequeña y menos dispositivos periféricos (es decir, E/S – Entrada/Salida) que, sin embargo, son portátiles.
Estas computadoras de un solo usuario se implementan en forma de microcomputadoras. El prefijo micro denota la inclusión de un microprocesador que reside en un solo chip y sirve como CPU.
También se incluyen otros componentes, de los cuales los críticos son un teclado para introducción de datos, una pantalla (monitor) para visualización de información, chips de memoria para almacenamiento temporal y un disco duro para almacenamiento de datos.
PC (Computadoras Personales) o de Escritorio
Estas computadoras también son del tipo microcomputadora.
La RAM y la ROM forman la memoria principal que almacena los programas y los datos del sistema y de las aplicaciones.
La ROM contiene solo una parte del sistema operativo y, con mayor frecuencia, la parte que inicializa la computadora. El software almacenado en la ROM se llama firmware.
Las unidades de interfaz de recursos forman la lógica de unión requerida para la implementación de los protocolos de intercambio de datos requeridos. El bus de control transfiere las señales de control producidas por el microprocesador.
Para acceder a un elemento de la memoria o a un dispositivo periférico, el microprocesador primero emite la dirección de ese elemento en el bus de direcciones. El bus de direcciones es unidireccional, desde el procesador al resto de unidades.
Mientras el último valor todavía está presente en el bus de direcciones, el microprocesador emite las señales de control apropiadas para leer o escribir desde la ubicación correspondiente.
La dirección emitida por el microprocesador es decodificada por una lógica externa para elegir el módulo de memoria o dispositivo de E/S apropiado. Los datos finalmente se transfieren en el bus de datos bidireccional.
Estaciones de Trabajo
Aparecieron en la década de 1980 como computadoras de un solo usuario con un rendimiento mucho mejor que las PC, principalmente porque contienen microprocesadores muy avanzados.
A menudo incluyen coprocesadores patentados para facilitar las funciones gráficas porque básicamente se dirigen a las comunidades científica y de ingeniería.
Eran ordenadores monoprocesador en sus inicios, pero las estaciones de trabajo multiprocesador aparecieron por primera vez en el mercado hace unos años. Ahora se utilizan a menudo como plataformas multiusuario.
Minicomputadoras
Computadoras del tamaño de un armario de alto rendimiento que pueden ser utilizadas simultáneamente por unas pocas docenas de usuarios.
A menudo se utilizan en ingeniería y aplicaciones científicas. Han sido reemplazados recientemente por estaciones de trabajo avanzadas y redes de estaciones de trabajo.
Mainframes
Computadoras muy poderosas que pueden servir a muchas docenas o cientos de usuarios simultáneamente.
IBM ha producido numerosas computadoras de este tipo. Han sido reemplazadas recientemente en muchas ocasiones por redes de estaciones de trabajo.
Sistemas de Computadoras Paralelas
A diferencia de las computadoras secuenciales que usan una sola CPU para resolver un problema, los sistemas de computadoras paralelas emplean muchas CPU en estructuras conectadas apropiadamente.
Esta nueva clase de computadoras comprende multiprocesadores, multicomputadoras y supercomputadoras vectoriales.
Además, se pueden desarrollar sistemas informáticos distribuidos, en los que varios sistemas informáticos completos se conectan entre sí en forma de red para resolver un problema en paralelo.
