Currículo: esta unidad desarrolla todos los saberes básicos del Bloque F – Fundamentos de la computación física correspondiente a 2º ESO. Además, se evalúan los criterios que puedes encontrar al final de esta página.
Tabla de contenidos
- 4.1. Tipos de sistemas de computación
- 4.2. Historia de los microcontroladores
- 4.3. Hardware (periféricos) y software (de base y aplicación)
- 4.4. Seguridad eléctrica: sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI)
- 4.5. Prácticas de computación física con Arduino
En este tema continuaremos avanzando en unos conceptos que iniciamos el año pasado, profundizando en los misterios de la tecnología que nos rodea.
Comenzaremos explorando la diversidad de sistemas informáticos que existen, desde los grandes servidores que gestionan los datos de internet hasta los pequeños wearables que llevamos en la muñeca.
En nuestra exploración de microcontroladores, viajaremos en el tiempo para descubrir cómo estas pequeñas maravillas tecnológicas han evolucionado. Será como abrir un libro de historia donde cada página nos cuenta cómo los microcontroladores han ido transformando el mundo, desde los primeros ordenadores hasta los sofisticados dispositivos actuales.
Nos adentraremos en el mundo de los periféricos de entrada y salida, para comprender a estos intermediarios entre nosotros y las máquinas.
También aprenderemos sobre cómo proteger nuestros dispositivos y datos ante cortes de energía o fluctuaciones en la intensidad eléctrica. Es como construir un refugio seguro para nuestra tecnología, asegurándonos de que sigue funcionando sin importar lo que ocurra en el mundo exterior.
En definitiva, este año, nos enfocaremos en comprender cómo cada pieza de tecnología tiene su función en el mundo de la computación, y cómo todos estos elementos se interconectan para crear el panorama tecnológico que conocemos hoy.
Vamos a ello.
4.1. Tipos de sistemas de computación
Después de haber explorado los fundamentos de los sistemas de computación en 1º de ESO, ahora ampliaremos nuestra visión para entender que existen diferentes tipos de sistemas, cada uno con sus características y usos específicos.
De la misma manera que en una gran ciudad existen edificios que tienen propósitos diferentes: hospitales, escuelas, tiendas o viviendas; en el mundo de la computación, también hay también diferentes sistemas, cada uno diseñado para realizar una función específica.
Piensa en los ordenadores de sobremesa y portátiles que usamos en casa o en el instituto, esos representan a los sistemas de computación personales. Son como las viviendas en nuestra ciudad, diseñados para ser versátiles y atender una amplia gama de necesidades personales.
Luego están los sistemas de computación empresariales, como los servidores que almacenan datos de las empresas. Estos pueden compararse con los grandes edificios de oficinas, donde se realiza un trabajo más especializado y a gran escala.
Existen otros sistemas más específicos como los ordenadores embebidos o empotrados, que se encuentran en dispositivos como lavadoras, coches, televisores, trenes o aviones. Estos son los que se han diseñado para que una tarea muy específica se realice de manera eficiente.
Y no nos olvidemos de los superordenadores, que son como las grandes infraestructuras de nuestra ciudad, capaces de realizar cálculos increíblemente complejos, utilizados en investigaciones científicas y para resolver problemas a gran escala.
Existen muchos otros tipos, aunque es fácil incluirlos en algunas de las cuatro categorías anteriores.
4.2. Historia de los microcontroladores
El año pasado ya descubrimos qué es un microcontrolador; ahora nos embarcamos en un viaje a través del tiempo para descubrir cómo estos pequeños pero potentes dispositivos han evolucionado y se han convertido en una parte fundamental de nuestra vida diaria.
Años 70, primeros microcontroladores
La historia de los microcontroladores es una fascinante crónica de innovación tecnológica que comenzó en la década de 1970. Cuando los primeros microcontroladores aparecieron lo hicieron como una solución para reducir el tamaño y el coste de los sistemas electrónicos.
Antes de su invención, los sistemas de computación eran grandes y tremendamente caros, limitados a usos industriales o de investigación.
¿Sabes que en aquellos primeros días, los ordenadores ocupaban habitaciones enteras? Los microcontroladores, con su capacidad para realizar tareas específicas de control, comenzaron a cambiar este panorama. Eran como semillas que germinaban en el campo de la electrónica, permitiendo que la tecnología se expandiera en múltiples direcciones.
Ejemplos de esta época los podemos encontrar en:
- Calculadoras de bolsillo: antes de los microcontroladores, las calculadoras eran grandes y costosas, más parecidas a los ordenadores de escritorio. Con la llegada de los microcontroladores, se desarrollaron calculadoras de bolsillo como la Hewlett-Packard HP-35. La innovación clave fue la miniaturización, permitiendo que dispositivos complejos como calculadoras se volvieran portátiles y accesibles para el público general.
- Videojuegos de salón: los primeros juegos de arcade como Pong de Atari también se beneficiaron de los microcontroladores. Permitieron la creación de sistemas de juego electrónicos más pequeños y eficientes, iniciando así la era de los videojuegos comerciales. La novedad fue llevar el entretenimiento interactivo digital a un formato accesible para el público.
Años 80, expansión en electrodomésticos
Con el paso del tiempo, los microcontroladores se hicieron más pequeños, más potentes y más eficientes en términos de energía. Esto abrió la puerta a su uso en una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, en la década de 1980, comenzaron a aparecer en electrodomésticos que nos hacían ciertas tareas más fáciles de usar y también más eficientes. Quizás las dos novedades domésticas más importantes fueran:
- Microondas: los microcontroladores facilitaron la incorporación de paneles digitales y funciones programables en los microondas, como en los modelos de Panasonic y Sharp. Estas innovaciones incluyeron la capacidad de establecer tiempos de cocción precisos y modos de cocina predefinidos, mejorando la eficiencia de los usuarios en la cocina.
- Sistemas de entretenimiento doméstico: la consola de videojuegos Nintendo Entertainment System (NES) utilizó microcontroladores para ofrecer gráficos mejorados y una experiencia de juego más interactiva en comparación con las generaciones anteriores. Esto representó un gran avance en la calidad de los videojuegos caseros.
Años 90 y principios de los 2000, electrónica de consumo
En los años 90 y principios del 2000, la revolución de los microcontroladores tomó un nuevo rumbo con su integración en los teléfonos móviles y los reproductores de música portátiles. Esto marcó el comienzo de una nueva era en la electrónica de consumo, donde la portabilidad y la funcionalidad se convirtieron en aspectos clave. Así aparecieron dos industrias gigantes como:
- Teléfonos móviles: el Nokia 3210 y el Motorola StarTAC, entre los primeros teléfonos móviles de consumo masivo, incorporaron microcontroladores que permitieron características como pantallas LCD, juegos simples y mensajes de texto (SMS). Fueron innovadores al hacer que la comunicación móvil fuera compacta, accesible y multifuncional.
- Reproductores de música portátiles: el iPod de Apple fue un cambio radical en la forma de consumir música. Utilizó microcontroladores para almacenar y reproducir miles de canciones en un dispositivo que cabía en un bolsillo, algo impensable con las tecnologías anteriores como los reproductores de CD o casetes portátiles.
Actualidad, dispositivos inteligentes
En la actualidad, los microcontroladores están en todas partes, desde los sistemas de control en todo tipo de vehículos hasta los dispositivos de salud portátiles o los sistemas de seguridad del hogar. Han hecho posible la era del Internet de las Cosas y la Robótica, donde los objetos cotidianos están conectados y pueden comunicarse entre sí, tal y como hemos visto en los temas 2 y 3 de esta asignatura recientemente.
4.3. Hardware (periféricos) y software (de base y aplicación)
El año pasado descubrimos qué diferencia existe entre hardware y software. Ahora nos centraremos en conocer un poco mejor cada una de esos dos pilares sobre los que se sustenta la computación física.
Comencemos por ampliar nuestros conocimientos sobre hardware, entendiendo el concepto de periféricos de entrada y salida.
Los periféricos de entrada y salida son como los sentidos del computador, permitiéndonos comunicarnos con él y él con nosotros. Los periféricos de entrada incluyen dispositivos como el teclado, con el cual introducimos texto y comandos, y el ratón, que nos permite interactuar con la interfaz gráfica. Cuando jugáis a vuestro videojuego favorito; utilizáis un mando (un periférico de entrada) para controlar los personajes o las acciones en el juego. Aquí tienes algunos otros ejemplos de periféricos de entrada:
Por otro lado, los periféricos de salida como la pantalla del ordenador o los altavoces nos permiten ver y escuchar las respuestas del computador. Por ejemplo, cuando estamos viendo un vídeo en YouTube, la pantalla y los altavoces son periféricos de salida que nos permiten disfrutar del contenido. Veamos otros periféricos de salida:
Con respecto al software, ya aprendimos qué era, pero no hacíamos ninguna distinción entre los tipos de software que existen. Y esto es importante entenderlo.
Hay dos tipos principales de software: el sistema operativo (software de base) y los programas (software de aplicación).
El sistema operativo es como el director que se asegura de que el hardware funcione de manera coordinada. Controla cómo la memoria se asigna a diferentes programas, permite que varios programas se coordinen para funcionar al mismo tiempo, gestiona los archivos y permite la interacción del usuario con el sistema. Estos son los sistemas operativos más conocidos:
Los programas o aplicaciones son como las tareas específicas que podemos realizar. Desde escribir un documento, a navegar por internet, hasta jugar un juego en la consola, cada uno de estos es un programa que utiliza el hardware para llevar a cabo una función específica.
Como puedes imaginar hay millones de aplicaciones, que varían de forma considerable en función de su utilidad. ¡Y hay cientos de aplicaciones para cada necesidad! Clasificarlas es una tarea prácticamente imposible, sin embargo, solo por citar algunos ejemplos, vamos a realizar una clasificación en 4 familias de aplicaciones más usadas por el público general:
Aplicaciones de productividad
- Microsoft Word: procesador de texto utilizado para la creación de documentos.
- Excel: herramienta de hojas de cálculo para análisis de datos y contabilidad.
- PowerPoint: software para la creación de presentaciones.
- Slack: plataforma de comunicación para equipos.
- Trello: herramienta de gestión de proyectos y seguimiento de tareas.
Aplicaciones de diseño
- Adobe Photoshop: programa avanzado para la edición de imágenes.
- Adobe Illustrator: software para el diseño gráfico vectorial.
- AutoCAD: aplicación de diseño asistido por ordenador para dibujo 2D y modelado 3D.
- Final Cut Pro: software de edición de video profesional.
- Sketch: herramienta de diseño de interfaces y prototipado.
Aplicaciones de entretenimiento
- Spotify: servicio de streaming de música.
- Netflix: plataforma de streaming de películas y series.
- Steam: plataforma de distribución de juegos para PC.
- VLC Media Player: reproductor multimedia para diversos formatos de audio y video.
- Audacity: software de edición de audio de código abierto que es ampliamente utilizado para la grabación y edición de pistas de audio, popular entre podcasters.
Aplicaciones de comunicación
- WhatsApp: aplicación de mensajería instantánea.
- Facebook: red social para la conexión y comunicación con amigos.
- Zoom: plataforma online de videoconferencias.
- Instagram: aplicación de redes sociales centrada en compartir fotos y videos.
- Gmail: servicio de correo electrónico proporcionado por Google.
4.4. Seguridad eléctrica: sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI)
Después de haber aprendido sobre los conceptos básicos de la seguridad eléctrica en 1º de ESO, aquí profundizamos en un aspecto específico muy importante: los sistemas de alimentación ininterrumpida, conocidos como SAI (o UPS, por sus siglas en inglés, Uninterruptible Power Supply). Estos sistemas son literalmente, vitales, en entornos donde la continuidad de la alimentación eléctrica es primordial.
4.4.1. ¿Qué es un SAI y cómo funciona?
Imagina que estás jugando a la consola y, de repente, hay un corte de luz. Normalmente, la consola se apagaría de inmediato, perdiendo todos los datos de la partida que estás jugando. Bueno, tampoco es el drama del año. Pero, ¿y si eres un cirujano que está operando a corazón abierto a un paciente que se mantiene con vida gracias a máquinas alimentadas eléctricamente? Esto parece mucho más serio ¿verdad? En ambos casos, podemos recurrir a un SAI, para evitar las consecuencias indeseables de la falta de electricidad. El SAI es como un guardián que se activa en el momento del corte, proporcionando energía desde su batería interna y permitiendo que los dispositivos conectados sigan funcionando por un tiempo limitado.
4.4.2. Tipos de SAI
Existen dos tipos principales de sistemas de alimentación ininterrumpida: en espera y en línea.
SAI offline o en espera
Funciona principalmente como un filtro, mejorando la calidad de la electricidad que llega a los dispositivos. Solo se activa su batería cuando detecta una interrupción en el suministro eléctrico. Por ejemplo, podríamos usar un SAI offline para proteger nuestro ordenador personal en casa, asegurando que no se apague inesperadamente durante un corte de luz.
Por ejemplo, este Lapara LA-SCD-600.
SAI online o en línea
Este tipo de SAI ofrece la máxima protección. A diferencia del offline, siempre alimenta los dispositivos conectados desde su batería, la cual se recarga constantemente. Esto significa que cualquier fluctuación en la red eléctrica no afecta a los dispositivos protegidos. Por ejemplo, en un hospital, los SAIs online son fundamentales para asegurar que equipos médicos que asisten a los pacientes continúen operativos sin interrupción, incluso durante un corte de luz.
Por ejemplo, este Salicru SLC 1000.
4.4.3. Importancia del SAI
En un entorno escolar o de oficina, los SAIs son importantes para prevenir la pérdida de datos importantes. Si estás trabajando en un proyecto en el ordenador y ocurre un corte de luz, un SAI puede darte tiempo suficiente para guardar tu trabajo y apagar el equipo de forma segura.
En todo tipo de laboratorios, los SAIs protegen contra daños a equipos sensibles causados por fluctuaciones de energía.
Es importante, además, elegir un SAI con la capacidad adecuada para los dispositivos que se quieren proteger y realizar un mantenimiento regular para asegurarse de que su batería funcione correctamente.
Nunca olvides que los SAIs proporcionan energía temporalmente. Por lo tanto, deben utilizarse para proteger equipos y datos, pero no son una solución a largo plazo para cortes de energía prolongados. Úsalos para que hagan de puente hacia el Plan B, pero no los conviertas en el propio Plan B.
4.5. Prácticas de computación física con Arduino
Ahora vamos a comenzar a aprender algunos otros fundamentos de la computación física, a través de la electrónica basada en hardware libre.