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Funcionamiento de la computadora
Si queremos simplificar el funcionamiento de una computadora, podemos decir que es un equipo que manipula información, también denominada “data”. Dicha información puede tener, y prácticamente tiene, muchas formas. Estos variados formatos se observan cada vez que alguien usa su computadora. Las palabras que usted lee en este momento, los signos que Ud. teclea en el teclado, los ficheros que existen en su disco duro, todo esto son diferentes tipos de información que su computadora maneja.
Información analógica y digital.
Generalmente existen dos modos diferentes para representar la información. Se denomina como analógica la información que tiene una continuidad, es decir, que cada trozo de información puede tener cualquier valor entre una infinita escala de valores. Por ejemplo, la hora, la temperatura, la velocidad que corre su coche, todo eso tiene una continuidad de rango de valores. Cuando nos referimos a la temperatura, decimos hay hay una temperatura de 22 grados, pero prácticamente pueden ser 21.8965 o bien cualquier valor entre esto y los 22 grados que uno afirma.
En cambio la información digital se reduce en representar la información mediante una finita escala de valores. La computadora usa una determinada forma de información digital denominada binaria. En esta forma la información se representa solamente mediante de dos valores distintos: Uno y Cero. Las computadoras usan información binaria por una variedad de razones:
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Simplicidad: Es la manera compacta menos ambigua y más simple para expresar información acerca de algo: Por ejemplo, cero = apagado y uno = encendido se pueden usar para representar el estatus de una bombilla eléctrica.
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Extensionalidad Es fácil construir información compleja y extenderla para representar situaciones complejas: Por ejemplo, podemos usar dos valores binarios para representar el estatus de dos bombillas eléctricas diferentes.
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Claridad: Los errores se reducen cuando el valor es solo uno o cero. La computadora conoce que no existen valores por el medio, cosa extremadamente útil cuando las señales eléctricas se vuelven “sucias” debido a las interferencias. Por ejemplo, si mi módem recibe una señal de valor 0.95 la computadora conoce que probablemente se trata de una señal con valor 1, puesto que la señal con valor de 0.95 no es valida. Se puede interpretar la señal 0.95 como 1, y el resultado es la no pérdida de datos y en consecuencia una comunicación mucho más rápida.
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Velocidad: Las computadoras toman millones de decisiones cada segundo, y esas decisiones son más fáciles de tomar, debido a los cálculos necesarios, cuando el valor de los números es pequeño.
La matemática de la computación
Los humanos representan números desempeñando notación decimal; es decir, que cada uno de los dígitos usados puede tener alguno de los diez valores, de cero a nueve (0-9). Eso, también, se denomina matemáticas de base 10. Las razones en desempeñar el sistema decimal como dominio matemático pueden ser biológicas (tenemos 10 dedos a las manos con las cuales podemos hacer cálculos). La información binaria, por su puesto, usa sólo dos dígitos, el uno y el cero, que se puede denominar sistema matemático de base 2. Así como con números convencionales comenzamos por el 0 y contamos hasta el 9, y luego restablecemos el valores de nuevo a 0 y añadimos 1 en el lugar de las decenas, con números binarios se hace exactamente igual pero contamos hasta el uno. Es decir, comenzamos con el 0, contamos hasta el 1, luego restablecemos el valor de nuevo a 0 y añadimos 1 en el lugar de los “pares” (diadas). Así que si queremos contar de manera binaria, tenemos que decir: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, etc. Cada dígito de un número binario es un bit que es una abreviación de las palabras “binary digit”.
El numero 111 es el equivalente del numero 7 del sistema de base 10 (convencional). ¿De qué modo? Vamos a emplear un poco de matemáticas:
111 en el sistema decimal significa: 102+101=100+10+1=111, el binario 111 significa:
22+21+1=4+2+1=7
Como puede observar los números binarios se pueden hacer bastante largos.
El número decimal 181 se representa como 10110101 en modo binario. Eso resulta bastante pesado, por lo tanto números muy grandes se representan usando 32, 64 o más bits.
Una manera taquigrafiada de los números binarios el la notación hexadecimal. Eso es una representación de los números en base matemática de 16. Eso quiere decir que cada dígito puede tener un valor de 0 a 15. Puesto que 16 es 24 cuatro dígitos pueden tener un valor de 0 a 15. Eso significa que cuatro dígitos binarios se pueden sustituir por un solo dígito hexadecimal equivalente. Así el número binario 10110101 se puede romper en dos partes de 4 dígitos: 1011 y 0101. Estos grupos de dígitos binarios tomados individualmente son: 11 y 5, así que el numero binario entero 10110101 es (11)5 en notación hexadecimal.
La anotación (11)5 representa el problema y donde reside. Por razones culturales, tenemos solo 10 dígitos para representar los números, ¡pero el sistema hexadecimal requiere 16! Cuando hay que usar un numero como el (11) en lugar de un solo dígito resulta confuso. Para sobrepasar este obstáculo, la anotación hexadecimal usa los números de 0 a 9 y las letras de A a F para representar valores de 10 a 15. Así en lugar de decir (11)5 podemos decir que el número decimal 185 se representa como B5 de modo hexadecimal, lo que es lo mismo.
Puesto que a veces resulta difícil identificar si un numero es decimal o hexadecimal a simple vista, se han empleado dos modos distintos pero en uso común para anotar números hexadecimales. El primer modo se trata de sufijo de una “h” minúscula. El segundo modo es el prefijo de un “0x”. Así que “B5 hexadecimal”, B5h” y “0xB5” significan lo mismo. Algunos usan una combinación de los dos modos, es decir algo como “0xB5h”, pero creo que es bastante redundante.
Un juego de dos dígitos hexadecimales se denomina byte. B5h es un byte de información. El término “byte” es de uso común cuando se refiere a la cantidad de información, porque en la mayoría de los casos un “byte” es un carácter. Cada carácter que Ud. puede leer en esta pantalla es un “byte” y forma parte del la tabla de caracteres ASCII.
Las direcciones internas de la computadora, normalmente se expresan en notación hexadecimal. Por ejemplo, el primer byte de la dirección de la puerta I/O, que su ordenador usa para comunicar con su impresora, es 378h. Observe que la “h” le ayuda en entender de que el número 378 es un número de anotación hexadecimal, y por lo tanto muy diferente del número 378 de anotación convencional.
Hardware y software
Como ya sabe Ud., una computadora se compone de hardware y software. Si intentamos hacer una comparación con los seres humanos (esta comparación es simplista y no representa la realidad, pero es un ejemplo que nos ayuda entender la computadora) podemos decir que el hardware es el cuerpo, mientras el software es la mente. Si el procesador de la computadora es el cerebro, entonces el software es lo que el cerebro piensa. Cada cosa que sucede dentro de una computadora, se controla por un software adecuado: desde las hojas de cálculo de alto nivel, los juegos y otras aplicaciones, hasta los drivers de bajo nivel que dan instrucciones al hardware de manera que los dirigen exactamente en el modo correcto para hacer funcionar los distintos componentes.
Instrucciones humanas e instrucciones de la computadora
Para tener sólo una idea de lo útiles que son las computadoras, vamos a realizar un ejercicio. Vamos a ordenar, en orden alfabético las letras G B Y R V O. Estoy seguro que la mayoría de la gente puede realizar este ejercicio en menos de 10 segundos. Digamos que lo realizan entre 5 y 10 segundos. Un PC moderno, puede realizar la misma acción en menos de 1/1000 de segundo. ¿Eso quiere decir que un PC es más inteligente? Ni mucho menos, en realidad un PC no sabe ordenar absolutamente nada. Un procesador tan sólo puede entender e interpretar unas pocas instrucciones limitadas, que resultan bastante primitivas. Por ejemplo, un procesador puede multiplicar dos números o puede tomar una decisión basada en la comparación de dos números. Todos los programas que Ud. usa en su ordenador, están construidos en la base de estos dos principios, o bien en estas dos unidades matemáticas.
Para hacer un PC capaz de ordenar las letras anteriormente mencionadas, alguien tiene que escribir un programa, que este construido por las unidades simples que el procesador es capaz de interpretar, y así emplea la tarea necesaria. Una vez hecho esto, la computadora puede ejecutar la tarea con alta velocidad y la razón es simple: El procesador puede ejecutar millones de instrucciones (simples unidades matematicas) cada segundo. Una computadora no es nada que se pueda comparar con un genio, pero sí con un trabajador al que cuesta enseñarle cómo hacer algo específico, que más tarde él puede hacer con mayor rapidez.
Tomamos nuestras letras de nuevo: GBYRVO. Ahora bien, en lugar de ordenarlas alfabéticamente, les diré que representan un color cada letra. G=Green, B=Blue, Y=Yellow, R=Red, V=Violet, O=Orange. Les pido ordenar estas letras al orden que se encuentran en un arco de iris. Estoy seguro que les costará menos de un minuto en adaptarse en este cambio, ¡pero para una computadora esto es algo totalmente diferente y no tiene nada en común con la tarea realizada anteriormente! El programa que, supongamos, que esta hecho para ordenar las letras en función de su posición en el alfabeto, no sabe absolutamente nada de colores, y mucho menos su denominación inglesa. Además, de momento, no hay ninguna manera para hacer pensar a la computadora de esta forma. La solución del nuevo problema, requiere el empleo de un programa totalmente nuevo, en el que se tiene que incluir información acerca de los colores, su denominación, como aparece un arco de iris y de que modo se ordenan los colores en él, etc. Una vez escrito este programa, la computadora será capaz de ordenar estas seis letras en cualquier orden que Ud. desee. Como puede entender, seres humanos y computadoras, se aventajan en tareas muy distintas y una computadora solamente puede realizar tareas que está programada para llevar a cabo.
Otra cosa: Si les pido desarrollar una teoría acerca de cómo desaparecieron los dinosaurios del planeta, y cuáles son las probables causas de dicha extinción, Uds. pueden usar su acumulación de conocimiento y experiencia, combinada con la historia personal y las creencias de cada uno para dar una respuesta. Una computadora, no sólo es incapaz de dar un respuesta, pero ni siquiera sabría por dónde empezar para llevar acabo una teoría. Además, de momento no conozco ningún programador que pueda desempeñar una computación de este tipo. Simplemente existen algunas cosas que las computadoras aún no pueden hacer.
