Currículo: esta unidad desarrolla todos los saberes básicos del Bloque F – Fundamentos de la computación física correspondiente a 1ºESO. Además, se evalúan los criterios que puedes encontrar al final de esta página.
Tabla de contenidos
- 4.1. Introducción a los sistemas de computación
- 4.2. Concepto de microcontroladores
- 4.3. Introducción al hardware y software
- 4.4. Introducción a la seguridad eléctrica
- 4.5. Prácticas de fundamentos de computación física
Iniciamos ahora en 1º ESO, el recorrido por los fundamentos de la computación física, unos conceptos en los que iremos profundizando los próximos dos años en 2º y 3º ESO.
En el mundo que nos rodea cada dispositivo es parte de una gran sistema, y cada aparato, desde el más pequeño hasta el más complejo, tiene su papel. Nos adentraremos en el complejo pero interesante mundo de los microcontroladores, esos pequeños cerebros electrónicos que hacen posible que cosas como tu teléfono móvil o la consola de videojuegos funcionen. Es como si descubriéramos los secretos de un mago que, con pequeños chips, da vida a objetos inanimados.
Exploraremos también los conceptos básicos de hardware y software, aprendiendo cómo estos dos elementos se entrelazan para crear la magia de la tecnología que usamos a diario.
Finalmente, abordaremos una introducción a la seguridad eléctrica, un aspecto fundamental para garantizar que nuestras experiencias con la tecnología sean seguras. Aquí, aprenderemos sobre la importancia de manejar correctamente los dispositivos electrónicos para evitar accidentes, algo que es tan básico como aprender a cruzar la calle con seguridad.
Este año, vamos a construir las bases que nos permitirán entender cómo la tecnología forma una parte importantísima de nuestras vidas.
Comencemos.
4.1. Introducción a los sistemas de computación
Empezaremos con la idea básica de un sistema de computación.
Un sistema de computación es un conjunto de herramientas que trabajan juntas para gestionar datos. Si abres la caja de herramientas que guardas en casa, cada herramienta tiene su propósito específico: un martillo para clavar, unas tenazas para sujetar, un destornillador para atornillar. En un sistema de computación, también hay diferentes herramientas o componentes, cada uno con su función particular.
Estos componentes incluyen el procesador (el cerebro del sistema, que realiza los cálculos y toma decisiones) y la memoria (donde se almacena temporalmente la información). Pero un cerebro y una memoria por sí solos no son suficientes. Los sistemas de computación necesitan formas de interactuar con el mundo exterior. Aquí entran los dispositivos de entrada y salida, como el teclado -para introducir datos- y la pantalla de un ordenador -para ver la información-. Cuando escribes en un teclado, estás dando instrucciones al sistema de computación, y cuando lees lo que aparece en la pantalla, el sistema te está comunicando su respuesta.
Todos estos elementos -y muchos otros- trabajan juntos para permitir que el sistema de computación realice tareas útiles, como ejecutar programas, mostrar videos, o permitirte enviar mensajes.
Para que entendáis lo importante que son estos sistemas en nuestra vida diaria, pensemos en algo tan común como un teléfono móvil. Cada vez que usas una aplicación, estás interactuando con un sistema de computación. Este sistema procesa tus entradas (como tocar la pantalla), realiza cálculos, y luego te muestra resultados o realiza acciones.
En el caso de los ordenadores, esto es un procesador, esto un módulo de memoria RAM y estos dispositivos de entrada/salida.
4.2. Concepto de microcontroladores
Los microcontroladores son como pequeños cerebros electrónicos que podemos encontrar en multitud de aparatos a nuestro alrededor, por tanto, son tremendamente importantes para comprender cómo funcionan muchos de los objetos tecnológicos que utilizamos cada día.
Un microcontrolador es, básicamente, un ordenador en miniatura. Está integrado en un único chip y contiene todo lo necesario para realizar tareas específicas: procesador, memoria y periféricos. El microcontrolador gestiona todas las funciones de un dispositivo.
Para entender mejor, pensemos en ejemplos cotidianos. Cuando usamos un mando a distancia, hay un microcontrolador dentro que procesa las pulsaciones de los botones y envía señales al televisor. En un coche, los microcontroladores se encargan de controlar sistemas como la inyección de combustible, el sistema de frenos antibloqueo (ABS) o la iluminación. Incluso en juguetes interactivos, como un robot que responde a comandos de voz, hay un microcontrolador que interpreta las órdenes y activa los motores o altavoces.
Los microcontroladores también son fundamentales en la robótica educativa. Por ejemplo, en una clase de robótica, podríamos usar microcontroladores como Micro:bit para programar un pequeño robot (como un coche Maqueen), enseñándole a seguir una línea en el suelo o a evitar obstáculos. Esto nos permite ver de forma práctica cómo nuestras instrucciones de programación se traducen en acciones físicas.
En las prácticas, vamos a explorar los conceptos básicos de los microcontroladores: cómo están estructurados, cómo se programan y cómo interactúan con otros componentes electrónicos. A través de este aprendizaje, empezaremos a entender cómo estos pequeños dispositivos juegan un papel enorme en el mundo de la tecnología moderna, haciendo posible muchas de las comodidades que damos por sentadas en nuestra vida diaria.
4.3. Introducción al hardware y software
Los microcontroladores no son un componente aislado que funcionan por sí mismos, sino que forman parte de un conjunto de elementos tangibles e intangibles que colaboran para obtener resultados que resuelvan nuestros problemas.
Vamos a explorar los componentes básicos que hacen posible que los ordenadores y dispositivos tecnológicos funcionen.
4.3.1. Hardware: los componentes físicos
El hardware es todo lo que podemos tocar en un sistema de computación. Piensa en el hardware como el cuerpo humano, con diferentes órganos que realizan distintas funciones. El procesador sería el cerebro, que realiza cálculos y toma decisiones. La memoria RAM es como nuestra memoria a corto plazo, guardando información que el procesador necesita rápidamente. El disco duro es como la memoria a largo plazo, almacenando datos y programas. Y los periféricos como el teclado, el ratón o la pantalla, son los medios a través de los cuales interactuamos con el ordenador.
En el mundo de los videojuegos, el hardware sería la consola: incluye el procesador dentro de la consola, la memoria que permite que los juegos carguen y funcionen sin problemas, y los controles que usamos para jugar.
4.3.2. Software: los programas
El software, por otro lado, es todo lo que no podemos tocar; son los programas que dan instrucciones al hardware. Si seguimos con la analogía del cuerpo humano, el software sería como la mente, que le dice al cuerpo qué hacer.
Windows o macOS en los ordenadores, Android o iOS en los teléfonos móviles, Microsoft Word, Google Chrome o un juego de la consola, todos son ejemplos de software.
4.4. Introducción a la seguridad eléctrica
Comenzamos a desgranar un aspecto muy importante de la computación y la robótica: la seguridad al trabajar con dispositivos eléctricos. Este conocimiento es fundamental para asegurar que tanto nosotros como nuestros dispositivos estemos protegidos.
4.4.1. Conceptos básicos
Vamos a entender qué es la electricidad, cómo funciona y por qué debemos manejarla con precaución.
¿Qué es la electricidad?
La electricidad, es una forma de energía que fluye a través de conductores, como los cables, y es utilizada para alimentar todo tipo de dispositivos, desde vuestro ordenador hasta el frigorífico en casa. Piensa en la electricidad como el agua en un río. Esta agua debe fluir de manera controlada y segura en su cauce; si se desborda, puede causar inundaciones y, en consecuencia, muchos daños.
De manera similar, si la electricidad no fluye de forma controlada, puede ser peligrosa y causar accidentes o dañar nuestros aparatos.
Es importante recordar que la electricidad, aunque necesaria en nuestra vida cotidiana, debe manejarse con cuidado y también con conocimiento.
Uso correcto de enchufes
Seguro que en casa tenéis varios aparatos conectados: la televisión, la consola de videojuegos, el cargador del móvil. Es muy importante que evitemos sobrecargar los enchufes.
¿Qué significa sobrecargar un enchufe?
De la misma manera que no podéis cerrar la mochila cuando intentáis meter demasiadas cosas, algo similar sucede con los enchufes. Si conectamos demasiados dispositivos a un solo enchufe o regleta, estamos demandando más electricidad de la que puede manejar de manera segura, lo que puede provocar un sobrecalentamiento y, en casos extremos, un incendio.
¿Cómo lo evitamos?
Utilizando regletas de enchufes con protección contra sobrecargas y repartiendo los dispositivos entre diferentes enchufes en la casa. Por ejemplo, no es recomendable conectar la televisión, la consola de videojuegos, el ordenador y varios cargadores de móviles a la misma regleta.
Manejo seguro de baterías y otros componentes
Ahora hablemos de las baterías. Las encontramos en muchos dispositivos, desde los móviles hasta pequeños robots de juguete.
Las baterías no deben exponerse a altas temperaturas. Por ejemplo, dejar vuestro móvil al sol directo durante un día caluroso puede dañar la batería e incluso hacer que se hinche o explote.
No debéis manipular bruscamente las baterías. Si una batería se daña, puede filtrar sustancias químicas peligrosas o causar un cortocircuito en el dispositivo. Por lo tanto, si la batería de vuestro juguete se rompe, es mejor pedir ayuda a un adulto para su correcta manipulación.
Otra opción es llevar siempre una batería externa que es más difícil que genere este tipo de problemas.
Cables
Revisad regularmente el estado de los cables de vuestros dispositivos. Si un cable está dañado, pelado o roto, puede ser un riesgo de descarga eléctrica. En ese caso, el cable debe ser reemplazado. No olvides que un cable defectuoso es peligroso y puede causar lesiones serias.
Cuando no estéis usando un dispositivo, es una buena práctica desenchufarlo. Esto no solo ahorra energía, sino que también reduce el riesgo de sobrecalentamiento o problemas eléctricos.
Un mal manejo de la electricidad puede provocar chispas o sobrecalentamiento, lo que a su vez puede iniciar un incendio.
Un aspecto fundamental de la seguridad eléctrica es la prevención de cortocircuitos. Un cortocircuito sucede cuando la electricidad toma un camino incorrecto o inesperado, a menudo debido a un cable dañado o un dispositivo defectuoso.
Los cables con aislamiento roto o gastado son un riesgo de cortocircuito. Si veis un cable en estas condiciones, no lo toquéis y avisad a un adulto.
4.4.2. Dispositivos de seguridad eléctrica
Estos dispositivos son una garantía para nuestra seguridad cuando trabajamos con electricidad, ya sea en proyectos de robótica, reparando un ordenador, o simplemente en nuestra vida cotidiana en casa.
Fusibles
Un fusible es como un héroe que se sacrifica para salvar al resto. Se trata de un dispositivo de seguridad que protege un circuito eléctrico. Contiene un filamento metálico que se funde y rompe el circuito si la corriente eléctrica excede un nivel seguro, previniendo así un sobrecalentamiento y posibles incendios. Por ejemplo, si tenéis un juguete eléctrico que se avería y comienza a consumir demasiada electricidad, el fusible de ese juguete se quemará y cortará la corriente, protegiendo el juguete y, lo más importante, a vosotros. Además son muy baratos, fíjate cuánto valen 168 fusibles para coches.
Disyuntores
Los disyuntores son como interruptores automáticos. Se encuentran en el cuadro eléctrico de vuestras casas. Su función es similar a la de los fusibles, pero con una ventaja: después de “saltar” debido a una sobrecarga o cortocircuito, pueden ser restablecidos manualmente. Por ejemplo, si enchufáis demasiados dispositivos en una habitación y la carga es demasiado alta, el disyuntor saltará, interrumpiendo la electricidad en esa zona. Luego, se puede volver a encender manualmente una vez resuelto el problema.
¿No habéis oído alguna vez a vuestro padre o madre decir “han saltado los plomos”? Seguramente porque han conectado tantos electrodomésticos que han superado la cantidad de potencia disponible y un disyuntor ha saltado antes de que se sobrecaliente y cortocircuite el sistema de tu casa. La solución, es sencilla, se desconectan o apagan aparatos y se vuelve a subir el disyuntor. Estos ya no son tan baratos.
Importancia de los aislantes
Los materiales aislantes son aquellos que no conducen electricidad y nos protegen de posibles descargas eléctricas. Son la primera línea de defensa en seguridad eléctrica. Por ejemplo, el plástico y la goma son excelentes aislantes.
Pensemos en un destornillador utilizado para reparar un dispositivo electrónico. Los mangos de estos destornilladores suelen estar hechos de materiales aislantes como el plástico. Esto es para protegeros de recibir una descarga eléctrica si el metal del destornillador accidentalmente toca un componente con electricidad.
En casa, encontramos aislantes en muchos lugares, como el revestimiento de plástico alrededor de los cables de los electrodomésticos. Este revestimiento asegura que la electricidad fluya únicamente por donde debe ir y no hacia vosotros cuando tocáis el cable.
Recuerda, la seguridad eléctrica no es un juego. Siempre debemos ser conscientes de cómo interactuamos con los dispositivos eléctricos y cómo manejamos la electricidad en nuestro día a día. Con estas precauciones, podemos disfrutar de los beneficios de la tecnología de manera segura y responsable.
4.5. Prácticas de fundamentos de computación física
Para las prácticas que vamos a realizar en clase usaremos la placa controladora Micro:bit.
Estas placas educativas contienen todo un universo de posibilidades que podemos exprimir para realizar acciones realmente sorprendentes.
Nuestro propósito en las prácticas de este tema, es descubrir numerosos componentes que podemos conectarle a la placa y combinarlos para controlar diferentes dispositivos electrónicos: