Episodio 1.1 – Cómo está organizado una computadora
Tema 1 — Organización de Computadores
Parte del Curso Fundamentos de la Computación
Video del episodio
Qué aprenderás en este episodio
En este episodio aprenderás:
- Qué se entiende realmente por «computadora» desde el punto de vista técnico.
- Cómo se organiza un sistema computacional a nivel general.
- Por qué la historia del computador es clave para entender su arquitectura actual.
- Cuáles son los errores más comunes al interpretar cómo «funciona» una computadora.
- Por qué comprender los fundamentos cambia la forma en que usamos la tecnología.
Contenido cubierto en este episodio
Este episodio desarrolla los siguientes contenidos teóricos del curso:
- Conceptos generales sobre qué es un computador.
- Organización básica de un sistema computacional.
- Evolución histórica del desarrollo del computador.
- Contexto y motivación de los modelos de computación actuales.
Estos contenidos corresponden al primer bloque conceptual del Tema 1 y sirven como base para los episodios posteriores sobre hardware y arquitectura.
Contenido teórico
¿Qué es una computadora?
Una computadora (o computador) es un sistema electrónico diseñado para recibir datos, procesarlos según un conjunto de instrucciones previamente definidas y producir resultados, que pueden ser almacenados o presentados como información útil.
Desde el punto de vista funcional, todo computador -independientemente de su tamaño o complejidad- cumple con cuatro funciones básicas:
- Entrada de datos
- Procesamiento
- Salida de información
- Almacenamiento
Estas funciones no dependen del tipo de dispositivo (computadora personal, servidor, teléfono móvil o sistema embedido), sino de la lógica interna del sistema computacional.
A continuación algunos conceptos que son básicos:
- Informática: campo del conocimiento que se ocupa del estudio, diseño y uso de sistemas (esquemas) de tratamiento automático de información.
- Calculadora: máquina capaz de aplicar algoritmos aritméticos.
- Computadora (más específico y técnico): máquina que permite aplicar algoritmos de corte lógico y matemático, mediante lenguajes de programación habituales. Otra definición es: máquina que procesa datos conforme a un programa.
- Programa: secuencia de instrucciones conforme a un lenguaje comprensible por la computadora, que al ejecutarse sobre datos de entrada genera otros nuevos de salida.
- Proceso: Programa en ejecución.
- Hardware: objetos de un proceso informático que pueden describirse, propiamente, mediante parámetros y expresiones físicas. Soporte físico.
- Software: objetos de un proceso informático que pueden describirse, propiamente, mediante expresiones lógicas. Soporte lógico.
- Firmware: software incorporado al soporte físico. Software que la empresa vendedora incorpora al hardware.
Organización general de un sistema computacional
Un sistema computacional no es un elemento aislado, sino un conjunto de componentes que trabajan de forma coordinada. A nivel general, se puede entender como la integración de:
- Hardware, que constituye los componentes físicos del sistema.
- Software, que define las instrucciones que controlan el funcionamiento del hardware.
- Datos, que representan la información que el sistema procesa.
- Usuarios, que interactúan con el sistema y definen su propósito.
La correcta organización de estos elementos es lo que permite que el computador funcione de manera eficiente y confiable.
Una forma de clasificar las computadoras es:
- Computadora de propósito específico: son las construídas bien atadas a una aplicación muy concreta, como por ejemplo: el guiado de un cohete, control de un robot, una caja registradora, etc; o bien para un rango concreto de aplicaciones como computadoras de cálculo científico, etc.
- Computadora de propósito general: son las que se construyen pensando en un rango de aplicación amplio: procesamiento de texto, bases de datos, etc. No proporcionan los mismos rendimientos que las de propósito específico en cada tarea, pero su adquisición, mantenimiento y operación es más económica y son más versátiles.
Breve evolución histórica del computador
El desarrollo de las computadoras no fue un evento aislado, sino el resultado de múltiples avances tecnológicos y conceptuales a lo largo del tiempo.
Desde los primeros dispositivos mecánicos de cálculo, pasando por las primeras computadoras electrónicas de gran tamaño, hasta los sistemas personales y dispositivos móviles actuales, la evolución del computador ha estado marcada por:
- La miniaturización de los componentes.
- El aumento en la capacidad de procesamiento.
- La reducción de costos.
- La expansión del uso de la computación a prácticamente todos los ámbitos de la vida cotidiana.
Los orígenes de la informática se remontan al primer uso de algoritmos para resolver de forma sistemática problemas como la suma, el producto, o el cálculo del máximo común divisor (algoritmo de Euclides, S IV a.C.). La palabra cálculo (cómputo) proviene del latín calculus que significa piedra, un elemento común para realizar operaciones aritméticas de donde proviene el ábaco. Previo a la era electrónica de computadoras, se encuentra la era mecánica y la era electromecánica. Con anterioridad al siglo XX se construyen dispositivos como la regla de Napier y la máquina aritmética de Pascal, capaces de realizar las cuatro reglas aritméticas, y los diseños de máquinas de Babbage con su máquina diferencial (cálculo numérico) y su máquina analítica (de propósito general).
Desde principios del siglo XX sucede el empleo de relés eléctricos para el diseño de circuítos complicados, entre los que se incluyen los autómatas de Torres Quevedo hasta las computadoras de Konrad Zuse. Por su tamaño y complejidad no logran imponerse a las calculadoras mecánicas de la época, utilizadas en su mayoría para el cálculo balístico.
Con el advenimiento de los estudios de Shannon y el empuje de la II Guerra Mundial se construyen las primeras computadoras electrónicas (Colossus, ENIAC, EDVAC, etc). Para poder clasificar los avances producidos se habla de generaciones de computadoras donde ciertos hitos tecnológicos marcan avances cualitativos en el desarrollo de la informática.
| Generación | Estado | Criterio |
|---|---|---|
| 1.ª a 4.ª | Aceptadas | Tecnología de hardware dominante |
| 5.ª | Parcialmente aceptada | IA y procesamiento paralelo |
| 6.ª | No estandarizada | Ecosistemas distribuidos y nube |
| 7.ª | Especulativa | Computación cuántica y cognitiva |
La clasificación tradicional a finales del siglo XX se hacía en función de elementos como su velocidad, número de usuarios, precio, y en particular se usaban elementos como los MIPS (número de millones de operaciones que se completan por segundo, sin distinguir el tipo de operación) y MFLOPS (número de millones de operaciones en punto flotante por segundo) para diferenciarlas. MIPS era la métrica dominante, aunque hoy sabemos que no era completamente representativa. La longitud de palabra (bits) era un diferenciador comercial fuerte. La memoria se medía en MB como algo significativo. A continuación un resúmen de cómo se clasificaban las computadoras en esos días.
| Tipo de computadora | Longitud de palabra | Velocidad aproximada | Memoria principal | Usuarios | Ejemplo representativo |
|---|---|---|---|---|---|
| Supercomputadora | 64–128 bits | > 1,000 MIPS | ≥ 1 GB | Multiusuario científico | Cray |
| Mainframe (Computadora grande) | 32–128 bits | < 100 MIPS (según generación) | Cientos de MB | Cientos | IBM System/390 |
| Minicomputadora | 32–64 bits | Decenas de MIPS | < 200 MB | Decenas | VAX / VMS |
| Estación de trabajo (Workstation) | 32–64 bits | Decenas de MIPS | < 200 MB | 1 (alto desempeño técnico) | Apollo |
| Computadora personal (PC) | 16–32 bits | 1–10 MIPS | Algunos MB | 1 | IBM PC / compatibles |
| Computadora de juegos (Videoconsola) | 16–64 bits | < 1–5 MIPS | MB o menos | 1 | Nintendo 64 |
Se puede observar que ésta clasificación era vertical y jerárquica, y con el paso del tiempo muchas categorías desaparecieron o se transformaron (ej. minicomputadoras).
A continuación la evolución de la clasificación:
| Tipo de sistema | Arquitectura típica | Capacidad de procesamiento | Memoria principal típica | Usuarios | Uso predominante |
|---|---|---|---|---|---|
| Supercomputadora / HPC | CPU multinodo + GPU (x86-64, ARM, aceleradores) | PetaFLOPS – ExaFLOPS | TB – PB (memoria distribuida) | Miles (acceso remoto) | Simulación científica, clima, física, IA |
| Mainframe moderno | z/Architecture, x86-64 | Alta concurrencia transaccional | TB | Miles | Banca, seguros, procesamiento masivo |
| Servidor empresarial / Cloud node | x86-64, ARM | 8–128+ núcleos por nodo | 64 GB – 1 TB | Multiusuario | Backend, bases de datos, virtualización |
| Workstation profesional | x86-64, ARM + GPU dedicada | 8–32 núcleos | 32 – 128 GB | 1 | Ingeniería, diseño, ciencia de datos |
| PC / Laptop | x86-64, ARM | 4–16 núcleos | 8 – 32 GB | 1 | Productividad general |
| Consola moderna | SoC personalizado (CPU + GPU integradas) | Alto rendimiento gráfico paralelo | 16 GB aprox. | 1 | Videojuegos |
| Dispositivo móvil | ARM SoC | 4–8 núcleos eficientes | 4 – 12 GB | 1 | Movilidad, aplicaciones personales |
Entre los cambios clave se pueden resaltar:
- Desaparece MIPS como métrica principal. Se reemplaza por FLOPS, núcleos, paralelismo y rendimiento expecífico por tarea.
- La longitud de palabra deja de ser diferenciador. Casi todo es de 64 bits.
- La memoria escala en órdenes de magnitud. Pasamos de MB a TB y PB.
- La arquitectura es heterogénea. CPU + GPU + aceleradores especializados.
- La frontera entre categorías es menos rígida. Una laptop actual supera a muchas «workstations» de los 90.
Comprender esta evolución permite entender por qué los computadores actuales están organizados de la forma en que lo están.
Importancia de los fundamentos en la computación moderna
A pesar de la rapidez con la que avanza la tecnología, los principios fundamentales de la computación se mantienen vigentes.
Conceptos como:
- procesamiento secuencial,
- control del flujo de instrucciones,
- manejo de datos,
- y organización del sistema,
siguen siendo la base sobre la cual se construyen las tecnologías modernas, independientemente del lenguaje, plataforma o dispositivo utilizado.
Cómo se conecta este episodio con el resto del curso
Este episodio establece el marco conceptual necesario para comprender:
- los componentes de hardware del computador,
- los distintos niveles de arquitectura,
- y la relación entre hardware y software.
En los siguientes episodios del Tema 1 se profundiza en:
- los componentes físicos del sistema,
- y la arquitectura que los integra en un sistema funcional.
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