Tema 2. Información digital

Currículo: esta unidad cubre parte de los saberes básicos del Bloque A – Sociedad de la información y el ordenador (TICO.1.A.2.1, TICO.1.A.2.2, TICO.1.A.2.3, TICO.1.A.2.4, TICO.1.A.2.5, TICO.1.A.2.6 y TICO.1.A.2.7) correspondiente a 1º Bachillerato. Además, se evalúan los criterios que puedes encontrar al final de esta página.

Tabla de contenidos

• 2.1. Almacenamiento, transmisión y tratamiento básico de la información en binario.
  • 2.1.1. Concepto de binario.
  • 2.1.2. Almacenamiento binario.
  • 2.1.3. Transmisión binaria.
  • 2.1.4. Tratamiento de la información en binario.
• 2.2. Representación de números y texto.
  • 2.2.1. Del mundo decimal al binario.
  • 2.2.2. Representación de texto: una odisea de comunicación.
• 2.3. Representación de imágenes, audio y vídeo.
  • 2.3.1. Píxeles y paletas.
  • 2.3.2. Ondas y bits.
  • 2.3.3. Una orquesta de imágenes y sonido: el vídeo.
• 2.4. Sistema hexadecimal.
• 2.5. Compresión.
  • 2.5.1. De la necesidad nace la solución.
  • 2.5.2. Compresión en nuestra vida diaria.
• 2.6. Archivos.
  • 2.6.1. Tipos de archivo y su propósito.
  • 2.6.2. Interconexión y compatibilidad

En un mundo dominado por la tecnología, estamos rodeados por una avalancha constante de información digital. Desde el despertador en tu teléfono móvil que suena por la mañana, pasando por las fotos que compartes con tus amigos, hasta la música que escuchas mientras estudias; todos son ejemplos de cómo la información digital influye en nuestra vida cotidiana.

Pero, ¿qué significa realmente información digital? 

Imagina por un momento una inmensa masa de agua, pero en lugar de agua, está lleno de códigos compuestos por 0s y 1s que fluyen como corrientes. Este océano es el mundo digital en el que navegamos a diario. Los 0s y 1s, conocidos como sistema binario, son la esencia misma de toda la información digital. Ellos son los encargados de codificar desde las letras de este texto, hasta los colores de tus imágenes favoritas, y hasta de las tramas de los videojuegos que te gustan.

Para muchos, este mundo puede parecer intimidante o confuso. Pero es similar a aprender un nuevo idioma: al principio, las palabras y las frases pueden parecer extrañas, pero con tiempo y práctica, comenzarás a comprenderlas y a comunicarte con fluidez. En este tema, nos adentraremos en el apasionante universo de la información digital. Descubriremos cómo se almacena, se transmite y se representa todo, desde números y letras hasta imágenes, audios y vídeos.

Hablaremos también sobre cómo este enorme conjunto de datos se mide utilizando diferentes unidades de información y cómo se puede comprimir para ahorrar espacio, facilitando su envío y almacenamiento. Y, finalmente, entenderemos la importancia de los archivos y cómo se diferencian entre sí.

Así que prepárate para empezar a entender las bases de la tecnología moderna, para entender cómo es que, un simple mensaje de texto, una foto o tu canción favorita pueden cruzar el mundo en cuestión de segundos. Al final de este recorrido, la información digital ya no será un misterio para ti, sino una herramienta que podrás usar y comprender a la perfección.

2.1. Almacenamiento, transmisión y tratamiento básico de la información en binario.

Estamos rodeados por una multitud de dispositivos: desde nuestros smartphones hasta las consolas de videojuegos, pasando por plataformas de streaming y asistentes virtuales. Todos ellos, aunque distintos en función y diseño, tienen algo en común: operan en el lenguaje de los 0s y 1s, el sistema binario. Este lenguaje, aparentemente simple, es la piedra angular de toda la tecnología digital que usamos a diario.

En este apartado, nos adentraremos en el mundo del almacenamiento, transmisión y tratamiento de la información en binario. Descubriremos cómo esos innumerables selfies, mensajes de texto, canciones y vídeos que consumimos y compartimos se reducen a una serie de códigos binarios que se almacenan, se envían y se procesan a velocidades asombrosas.

2.1.1. Concepto de binario.

El sistema binario es el lenguaje de las máquinas, un sistema numérico que sólo utiliza dos cifras: 0 y 1. Así como nosotros utilizamos el sistema decimal basado en diez cifras (0 al 9), los ordenadores y otros dispositivos electrónicos se comunican internamente usando este lenguaje de solo dos números.

Podrías preguntarte, ¿por qué las máquinas usan un sistema tan simple? La razón es técnica: en el nivel más fundamental, los dispositivos electrónicos operan mediante transistores, que pueden estar en uno de dos estados: abierto (que se representa con un 1) o cerrado (representado con un 0). Esta naturaleza bipolar de los dispositivos electrónicos es la que lleva al uso del sistema binario.

¿Cómo funciona el TRANSISTOR? 👇

2.1.2. Almacenamiento binario.

El bit (la palabra proviene de Binary Digit o dígito binario) es la unidad fundamental de datos en informática, representando un 0 o un 1. 

Aunque un bit por sí solo parece simple e insignificante, cuando se combina con otros bits, su potencial se multiplica. Estas combinaciones representan información más compleja, desde simples números hasta los colores de una imagen o los tonos de una canción. 

Cuando agrupas 8 bits, obtienes un byte. Imagina tener 8 interruptores en línea: la cantidad de combinaciones que puedes hacer con esos interruptores (todos encendidos, todos apagados, algunos encendidos y otros apagados) te daría diferentes bytes. 

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Esta agrupación de 8 bits (1 byte) no es arbitraria: históricamente, 8 bits eran suficientes para representar un único carácter alfanumérico, como una letra o número. Con 8 bits, podemos tener 2⁸ (256) combinaciones diferentes, lo que nos da valores de 0 a 255. En términos prácticos, esto significa que un byte puede representar 256 valores diferentes, ya sea un número, un carácter, etc.

Precisamente, los símbolos que es capaz de representar un ordenador aparecen en una tabla de 256 elementos: La Tabla del Código ASCII, donde cada elemento ocupa 1 byte en memoria.

Una foto, por ejemplo, podría estar compuesta por millones de estos bytes. Bueno, no hace falta más que echar cuentas. Si haces una foto con tu teléfono móvil, observarás que ocupa algo así como 2MB, que son nada más y nada menos que 160.000.000 ¡ciento sesenta millones de bits! Aproximadamente la cantidad de habitantes de Méjico, uno de los países más poblados del mundo.

Desde los pen drives hasta los discos duros y las tarjetas de memoria, todos almacenan información en formato binario. Cuando guardas un documento o una imagen, estás almacenando una larga serie de 0s y 1s que representan ese archivo.

Cuando escuchas que un disco duro tiene una capacidad de 1 terabyte (TB), en realidad se refiere a aproximadamente 8 trillones de bits (o 1 trillón de bytes 🤯). Eso es una cantidad impresionante de interruptores encendiéndose y apagándose para guardar tus archivos, películas o música.

A medida que la tecnología ha avanzado, hemos ido necesitando nombres para cantidades más grandes de almacenamiento. Así, pasamos de hablar de bytes a kilobytes (KB), megabytes (MB), gigabytes (GB), terabytes (TB) y así sucesivamente, donde cada nivel es 1.024 veces más grande que el anterior.

1 Byte (1B)	8 bits (8b) = 20 bytes
1 Kilobyte (1KB)	1024 B = 210 bytes
1 Megabyte (1MB)	1024 KB = 220 bytes
1 Gigabyte (1GB)	1024 MB = 230 bytes
1 Terabyte (1TB)	1024 GB = 240 bytes
1 Petabyte (1PB)	1024 TB = 250 bytes
1 Exabyte (1EB)	1024 PB = 260 bytes
1 Zettabyte (1ZB)	1024 EB = 270 bytes
1 Yottabyte (1YB)	1024 ZB = 280 bytes

Para que te hagas una idea de cada magnitud:

• Kilobyte (KB): si pensaras en un texto, un pequeño documento de texto podría tener un tamaño de algunos kilobytes.

• Megabyte (MB): un MP3 de tu canción favorita podría ocupar alrededor de 4-5 megabytes.

• Gigabyte (GB): ¿tienes videojuegos en tu consola o PC? Muchos de ellos ocupan decenas de gigabytes.

• Terabyte (TB): aquí entramos en el territorio de las grandes bibliotecas digitales o discos duros de ordenadores avanzados.

• Petabyte, Exabyte, Zettabyte y más: estas son unidades monstruosamente grandes, utilizadas para medir datos en grandes servidores o en el contexto de toda la web. Para dar una idea: se estima que todo Internet tenía alrededor de 1 yottabyte de datos en 2020.

Pero, no todo el espacio en un dispositivo se utiliza exclusivamente para almacenar tus datos. Una parte se dedica a lo que se llama el sistema de archivos, que es como un índice o directorio que le dice al dispositivo dónde encontrar cada archivo o dato. Aunque no lo veas directamente, el sistema de archivos es esencial para que tus datos estén organizados y accesibles.

Al igual que cualquier otra cosa, los dispositivos de almacenamiento no duran para siempre. Con el tiempo, las celdas de memoria pueden desgastarse, especialmente en dispositivos como las tarjetas SSD. Es por eso que siempre es una buena idea tener copias de seguridad de tus datos más importantes.

2.1.3. Transmisión binaria.

Cuando envías un mensaje o solicitas ver un vídeo, ese contenido se transforma primero en una serie de 0s y 1s. Después, la información binaria viaja desde tu dispositivo a través de tu red local, pasa por múltiples nodos y routers, se dirige a los servidores (donde residen las aplicaciones como WhatsApp o TikTok), y, si es una respuesta, toma el camino de vuelta hasta llegar a ti. La tecnología que permite este trasiego de bits es el Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet (TCP/IP), que es completamente esencial en este proceso, asegurando que los datos lleguen correctamente y en orden.

En el contexto de la informática y las comunicaciones, un protocolo es un conjunto de reglas que permiten que dos o más dispositivos se comuniquen entre sí, estableciendo una sintaxis (qué forma tienen), semántica (qué significan) y sincronización (en qué orden se utilizan) de los elementos que participan en la comunicación.

Los datos pueden viajar a través de distintos tipos de cables, como el cobre (cableado Ethernet) o la fibra óptica (que permite velocidades mucho más altas gracias a la transmisión de luz). O incluso sin cables, utilizando tecnologías inalámbricas: Wi-Fi y tecnologías móviles (como 4G y 5G), que utilizan ondas de radio para enviar y recibir datos binarios.

Aunque no lo notes, cada vez que solicitas una página web o envías un mensaje, estás iniciando un proceso complejo donde los datos se fragmentan, se envían por diferentes rutas, y luego se recomponen, todo en una fracción de segundo. Además debes tener en cuenta que esta transmisión se realiza a velocidades increíbles, pero ten en cuenta algunos detalles:

• Mbps y MBps no son lo mismo: Mbps se refiere a Megabits por segundo. Es la medida estándar de velocidad de conexión a Internet. Mientras que MBps son  MegaBytes por segundo. Es importante no confundir estos dos. Como hay 8 bits en un byte, una conexión de 8 Mbps transferirá 1 MB de datos cada segundo.

• Distancia: cuanto más lejos estés del servidor o nodo al que intentas conectarte, más tiempo puede tardar la transferencia de datos. Además, de la misma manera que un atasco en una autopista, si muchas personas están usando la misma red o servidor al mismo tiempo, los datos pueden tardar más en transmitirse. Ten en cuenta también que un hardware antiguo o desactualizado puede no ser capaz de manejar altas velocidades de transmisión.

• No sólo es importante la velocidad (ancho de banda) con la que puedes descargar o subir datos. La latencia que es el tiempo que tarda un paquete de datos en viajar de la fuente al destino, también es crucial. Especialmente en juegos online, videollamadas o emisiones en streaming, una baja latencia es esencial para una experiencia sin interrupciones. Por eso, plataformas como Twitch donde la latencia es muy importante han ideado soluciones que mejoren la experiencia del usuario. [Vídeo de baja latencia en Twitch]

Como ves, la transmisión binaria es, en esencia, el núcleo de nuestra interacción con el mundo digital. Cada clic, desplazamiento o me gusta implica una serie de procesos que ocurren a una velocidad vertiginosa, permitiéndonos conectarnos e interactuar en tiempo real en un mundo que se vuelve cada vez más interconectado.

2.1.4. Tratamiento de la información en binario.

Como ya sabes, en el corazón de cada dispositivo que usamos, desde smartphones hasta consolas de videojuegos, existe un lenguaje universal que las máquinas entienden: el lenguaje binario. 

Pero, ¿cómo procesan exactamente estas máquinas toda esta información binaria? 

Las operaciones binarias son las herramientas fundamentales que los ordenadores utilizan para entender y ejecutar las tareas que les asignamos. Vamos a descubrir cómo simples operaciones, basadas en ceros y unos, dan vida a las tecnologías que definen nuestra era digital.

Las operaciones binarias se llevan a cabo utilizando componentes electrónicos llamados puertas lógicas. Estas puertas toman uno o más bits de entrada y producen un bit de salida en función de una operación lógica determinada. 

Debes pensar en una puerta lógica como una mini calculadora que es sólo es capaz de realizar una operación sencilla pero a una velocidad vertiginosa. Estas son las operaciones principales que podemos realizar con puertas lógicas:

• AND (Y): esta operación devuelve 1 solo si ambas entradas son 1. Por ejemplo, 1 AND 1 = 1, pero 1 AND 0 = 0.
• OR (O): produce 1 si al menos una de las entradas es 1. Ejemplo: 1 OR 0 = 1.
• NOT (NO): es una operación que invierte el bit. Si recibe un 1, produce un 0 y viceversa.

Además de AND, OR y NOT, hay otras operaciones binarias como NAND, NOR, XOR y XNOR. Cada una tiene su propia tabla de verdad y son fundamentales para crear circuitos lógicos complejos.

AND			OR			NOT
Entradas		Salida	Entradas		Salida	Entrada	Salida
A	B	Y	A	B	Y	A	Y
0	0	0	0	0	0	0	1
0	1	0	0	1	1	1	0
1	0	0	1	0	1
1	1	1	1	1	1

Cada vez que usas una aplicación, juegas un videojuego o incluso enciendes tu dispositivo, estas operaciones binarias se están ejecutando miles de millones de veces por segundo. Todo, desde los gráficos de un juego hasta las notificaciones que recibes, depende de estas operaciones lógicas.

Codificando la información.

Imagina querer contarle un secreto a un amigo, pero solo puedes usar un lenguaje especial que ambos entendáis. De manera similar, los ordenadores tienen su propio lenguaje secreto: la codificación binaria. Aunque para nosotros un emoji, una letra o una melodía tienen significados y matices, para una máquina es esencial traducirlos a una serie de 0s y 1s. 

Veamos cómo se lleva a cabo esta traducción y cómo, a través de la codificación, humanos y máquinas logran comunicarse y entenderse en el mundo digital.

Los ordenadores, en su núcleo, no entienden letras, números o imágenes como nosotros. Necesitan que esta información se traduzca a un lenguaje que puedan procesar: el sistema binario. Dentro del mundo binario existen distintos sistemas de codificación. Aunque lo veremos con más detalle un poco más adelante, avanzamos ya que dos de los sistemas de codificación más utilizados son: 

• ASCII: es uno de los sistemas de codificación más antiguos y básicos. Utiliza 7 bits (aunque a menudo se complementa con un octavo bit para paridad) para representar caracteres. Como se mencionó, la letra “A” se codifica como 01000001.

• Unicode y UTF-8: con la globalización y la necesidad de representar más caracteres (como letras no latinas, emojis, etc.), surgieron sistemas de codificación más avanzados. UTF-8, por ejemplo, puede usar entre 1 y 4 bytes para representar un carácter, lo que lo hace versátil y ampliamente utilizado en la web moderna.

La codificación no se limita al texto. Imágenes, audio y video también tienen sus propios sistemas de codificación. Cada archivo JPEG o MP3 tiene una estructura binaria específica que los ordenadores interpretan para mostrar una imagen o reproducir una canción.

El tratamiento de la información en binario es realmente la intersección entre el lenguaje humano y la máquina. A través de operaciones binarias y sistemas de codificación, logramos traducir nuestros deseos, ideas y expresiones en instrucciones que las máquinas pueden ejecutar, permitiendo la interacción y la creación en el mundo digital.

2.2. Representación de números y texto.

Cada vez que escribes un mensaje a un amigo o haces una búsqueda en Internet, te estás comunicando a través de letras y números. Pero, ¿cómo es posible que tu dispositivo interprete y muestre estos caracteres? Aunque veas letras y números, detrás de la pantalla, tu máquina ve largas series de 0s y 1s. 

Vamos a ahondar en cómo se produce esta representación digital de números y texto.

2.2.1. Del mundo decimal al binario.

En nuestro día a día, estamos acostumbrados a operar con números en un sistema que parece natural para nosotros: el sistema decimal. Desde que somos niños, aprendemos a contar en un sistema que va del 0 al 9, lo que es conocido como un sistema de base 10.

Piensa en una fórmula para poder calcular cada número decimal en función de cada dígito que lo forma.

Me explico.

En el colegio cuando aprendiste a descomponer números, decías: unidades, decenas y centenas para organizar el número 327 (7 unidades, 2 decenas y 3 centenas). Lo cual, significa que hacemos 3×100 + 2×10 + 7. Si te fijas siempre cogemos el dígito y lo multiplicamos por la base del sistema de numeración, en este caso, el decimal. Observa:

3x10² + 2x10¹ + 7x10⁰ = 327

La regla que hemos aplicado es multiplicar cada dígito por la base del sistema (10) y elevado a un exponente mayor en cada dígito empezando por el 0 desde la derecha.

Pues en el corazón de las máquinas y dispositivos que usamos, existe un sistema diferente, uno basado en solo dos cifras: el sistema binario. Esta transición de lo que es intuitivo para nosotros a lo que es natural para una máquina es fundamental para entender la representación digital de los números.

El sistema binario, a diferencia del decimal, es de base 2. Eso significa que sólo utiliza dos cifras para representar cualquier número: 0 y 1. ¿Por qué esta aparentemente limitante elección de dos cifras? Bueno, se alinea perfectamente con la naturaleza electrónica de los ordenadores. En su nivel más básico, un circuito electrónico puede estar en uno de dos estados: encendido, que corresponde al número 1, o apagado, que corresponde al número 0. ¡Para eso explicamos al principio qué es un transistor!

Imagina que estás en una habitación completamente oscura, donde el encender o apagar una linterna puede transmitir un mensaje. Si enciendes la linterna, transmites un “1”, si la dejas apagada, un “0”. Con esta simple acción, ya estás comunicando en binario.

Convertir números entre el sistema decimal y el binario no es un proceso místico, sino más bien uno de comprensión y práctica. 

¿Recuerdas cómo construimos hace un momento un número decimal a partir de sus dígitos? Pues vamos a repetir el proceso pero esta vez en binario.

Supongamos que tenemos el número binario 1101. Pues, siguiendo con la misma lógica que con el decimal, vamos a coger cada dígito, lo vamos a multiplicar por la base elevado a un exponente cada vez mayor y luego los vamos a sumar todos:

1x2³ + 1x2² + 0x2¹ + 1x2⁰ = 8 + 4 + 0 + 1 = 13

El número binario 1101 es el número 13 decimal.

Muy bien, sabemos pasar de binario a decimal, pero, ¿cómo hacemos la conversión inversa, es decir, cómo pasamos de decimal a binario?

Para ello tenemos que recurrir a la división: dividimos el número decimal entre dos, el resto que obtengamos lo volvemos a dividir entre dos, el resto que obtengamos lo volvemos a dividir entre dos, y así sucesivamente hasta que el resto que obtengamos sea inferior a dos. Para terminar, tomamos el último cociente y todos los restos de derecha a izquierda.

De esta manera, sabemos que el número decimal 28 es el número binario 11100.

Mientras que el sistema decimal es una segunda naturaleza para nosotros -porque es el único sistema numérico que nos enseñan-, el sistema binario es el lenguaje nativo de los ordenadores. La transición entre estos sistemas y la forma en que las máquinas interpretan y trabajan con estos números es un testimonio de cómo el diseño y la lógica pueden superar cualquier desafío de comunicación. 

Al entender la representación binaria de los números, nos acercamos un paso más a comprender la lógica subyacente detrás de cada cálculo, operación y acción que nuestras máquinas llevan a cabo.

2.2.2. Representación de texto: una odisea de comunicación.

Todo el mundo sabe que cuando presionas la tecla A en tu ordenador o smartphone aparece en pantalla precisamente esa letra. Pero muy pocas personas saben por qué. Si todos los procesos internos de un ordenador se reducen a operaciones con 1 y 0, ¿cómo es capaz de mostrar una A? Vamos a adentrarnos en un misterio, el de la codificación, que ha evolucionado mucho a lo largo del tiempo.

Todo comenzó con ASCII

Durante los primeros días de la informática, había una necesidad evidente de estandarizar cómo los ordenadores interpretarían y mostrarían los caracteres. Aquí es donde entra el ASCII, o American Standard Code for Information Interchange. El ASCII se estableció en la década de 1960 y se convirtió en el pionero de la codificación de texto en dispositivos electrónicos.

Usando 7 bits para cada carácter, el ASCII podía representar hasta 128 caracteres diferentes (2⁷). Esto incluía letras mayúsculas y minúsculas, números, y varios símbolos que se usan comúnmente. En términos más sencillos, cuando escribías la letra “A” en tu ordenador, en realidad estaba interpretando el conjunto específico de bits “1000001” (el número 65 en decimal de la lista) y mostrándote el símbolo asociado con ese conjunto: la letra “A”.

Aunque fue revolucionario en su momento, el ASCII tenía sus limitaciones. Principalmente, estaba centrado en los caracteres utilizados en el inglés y carecía de la capacidad de representar caracteres de otros idiomas, como por ejemplo nuestras ñ Ñ.

Por eso, también existe la tabla de caracteres ASCII extendida, que utiliza 8 bits en lugar de 7, proporcionando hasta 256 caracteres en total.

Sin embargo, sigue seguía siendo claramente insuficiente para representar caracteres de muchos otros idiomas, como el chino o el árabe, que escriben una cantidad enorme de personas en todo el mundo.

Unicode, como solución global

Con el auge de la globalización y la necesidad de comunicación intercultural en la era digital, surgió la necesidad de un sistema más universal que el ASCII. Aquí es donde el Unicode entra en juego.

Unicode es un estándar de codificación que busca representar casi todos los sistemas de escritura utilizados en el mundo. Su ambición no se detiene ahí; también tiene como objetivo representar caracteres que han sido utilizados en la historia, símbolos matemáticos, y más.

Para lograrlo, Unicode no se limita a 7 bits como el ASCII. Dependiendo de la implementación, puede usar hasta 32 bits por carácter, permitiendo representar más de un millón de caracteres distintos. Es una solución verdaderamente global para un mundo globalizado.

Aquí tienes la lista completa de caracteres Unicode.

UTF-8, global y práctico

A pesar de la promesa de Unicode, había un desafío: ¿cómo se podría implementar eficientemente? Porque representar cada carácter con 32 bits gasta una cantidad enorme de memoria y las transmisiones de datos serían interminables. Aquí es donde UTF-8 entra en escena. 

UTF-8 es una forma de codificar el enorme conjunto de caracteres de Unicode usando secuencias variables de 1 a 4 bytes (es decir, de 8 a 32 bits). Lo brillante de UTF-8 es que es totalmente compatible con ASCII. Es decir, los primeros 128 caracteres de UTF-8 son idénticos a ASCII, lo que facilitó la transición.

Hoy en día, UTF-8 es la codificación más popular en la web, permitiendo que páginas de todo el mundo se muestren correctamente independientemente del idioma o los caracteres utilizados.

Navega a cualquier web popular, por ejemplo amazon.es, inspecciona su código y estoy seguro que encontrarás la indicación de que utiliza UTF-8 como conjunto de caracteres:

Si quieres saber más de este estándar de codificación, su entrada en Wikipedia es muy interesante.

Como acabas de comprobar, la representación de texto en ordenadores es una historia de adaptación y evolución. Desde los humildes comienzos con ASCII hasta el estándar global de Unicode y su popular implementación en UTF-8, hemos creado sistemas que permiten la comunicación y el entendimiento en una era donde la información se comparte a velocidades inimaginables. Es una travesía de cómo la humanidad ha buscado siempre superar barreras, incluso en el mundo digital.

2.3. Representación de imágenes, audio y vídeo.

En nuestros días encontramos contenido multimedia por todas partes; está tan integrado en nuestras vidas que casi no nos damos cuenta de que está ahí. Desde las imágenes que vemos en Instagram, la música que escuchamos en Spotify, hasta los vídeos que disfrutamos en YouTube, nuestra experiencia digital está impregnada de una rica mezcla multimedia. 

¿Cómo se representan y almacenan todos estos contenidos en las máquinas con las que interactuamos constantemente? Vamos a verlo.

2.3.1. Píxeles y paletas.

En nuestro mundo lleno de selfies, memes y arte digital, las imágenes son una forma esencial de expresión y comunicación. Al abrir Instagram o cualquier galería de fotos, lo que ves son resultados finales espectacularmente compuestos. Pero detrás de cada imagen hay una serie de complejidades que dictan cómo se visualizan esas imágenes en nuestras pantallas. 

El corazón de la imagen: el píxel.

Cada imagen digital que ves está compuesta por una multitud de píxeles. Si imaginas una imagen como un mosaico, cada píxel sería una de esas diminutas teselas que, juntas, conforman la imagen completa. 

Ahora, cada píxel no es solo un bloque de color arbitrario. Está definido por valores específicos que determinan su tono y luminosidad.

El sistema más comúnmente utilizado para esto es el RGB (Rojo Verde Azul del inglés Red Green Blue).

Supongamos que tienes tres linternas en una habitación oscura, una roja, una verde y una azul. La combinación de estas tres luces en diferentes intensidades te dará prácticamente cualquier color que puedas imaginar.

En términos digitales, estas intensidades se representan con valores que van del 0 al 255. Así que un píxel con un valor RGB de (255, 0, 0) sería completamente rojo, mientras que un valor de (0, 255, 255) nos daría un cian brillante.

Existen cientos de configuradores de colores RGB online para buscar el color que más te interese en cada momento. Este es uno sencillo que puedes probar.

Profundidad de color y resolución de la imagen.

La profundidad de color de una imagen determina cuántos colores diferentes puede representar. Esto se define indicando cuántos bits se utilizan para configurar un color. Una imagen con una profundidad de color de 24 bits, por ejemplo, puede representar más de 16 millones de colores diferentes (2²⁴ colores). Esto se logra utilizando 8 bits para cada uno de los tres colores en el sistema RGB, lo que nos da 256 posibles tonos de rojo, 256 de verde y 256 de azul. Al multiplicar estos valores (256 x 256 x 256), obtenemos 16.777.216 colores.

R Red Rojo	G Green Verde	B Blue Azul
28 tonos	28 tonos	28 tonos
256 colores	256 colores	256 colores
256 x 256 x 256 = 16.777.216 colores distintos

La resolución de una imagen, por otro lado, nos indica cuántos píxeles contiene en total. Una imagen de 1920×1080 (a menudo referida como Full HD) tiene 1920 píxeles de ancho y 1080 píxeles de alto, lo que nos da un total de 2.073.600 píxeles.

Paletas de color.

Hay momentos, especialmente en gráficos más antiguos o en formatos de imágenes específicos, donde no se utiliza la gama completa de colores disponibles en sistemas como el RGB. En su lugar, estas imágenes utilizan una paleta de colores limitada. Estas paletas pueden contener desde unos pocos hasta miles de colores específicos.

Una imagen que utiliza una paleta tendrá un tamaño de archivo mucho más pequeño porque, en lugar de almacenar información de color para cada píxel individualmente, solo tiene que hacer referencia a la paleta. Es como si tuvieras un conjunto limitado de colores de pintura y tuvieras que crear una obra maestra usando solo esos tonos.

Por ejemplo, si estuviéramos diseñando un videojuego de baja resolución y tuviéramos esta paleta de colores:

Estaríamos utilizando sólo 117 colores, en lugar de los más de 16 millones de colores que vimos al estudiar la profundidad de color. Al necesitar menos bits para representar cada color, nos ahorramos una importantísima cantidad de espacio de almacenamiento y, por tanto, transmisiones de datos mucho más rápidas.

2.3.2. Ondas y bits.

En la actualidad, la música y los sonidos nos rodean en casi todos los aspectos de nuestra vida, desde la alarma que nos despierta por la mañana, pasando por nuestra lista de reproducción favorita durante el trayecto al instituto, hasta los efectos de audio de ese videojuego que tanto nos gusta. Que cualquier dispositivo digital sea capaz de capturar, almacenar y reproducir audio es una maravilla tecnológica que no siempre fue posible. Bienvenido al audio digital.

El origen: las ondas de audio.

Antes de hablar de cómo representamos el audio digitalmente, es fundamental comprender qué es el sonido en sí. 

El sonido es una vibración que viaja a través de un medio, como el aire, y se percibe por el oído. Estas vibraciones generan ondas sonoras que tienen dos características principales: la frecuencia, que percibimos como tono (agudo o grave), y la amplitud, que percibimos como volumen (fuerte o suave).

La base de la digitalización: el muestreo

Para convertir estas ondas sonoras analógicas en una representación digital, usamos un proceso llamado muestreo. 

Imagina que estás mirando una onda sonora a través de un microscopio y tomas pequeñas fotografías o muestras de ella a intervalos regulares. Cada muestra captura el valor de la onda en ese punto específico. La tasa a la que tomamos estas muestras se llama frecuencia de muestreo y se mide en Hertz (Hz). 

Por ejemplo, la calidad de CD tiene una frecuencia de muestreo de 44.100 Hz, lo que significa que se toman 44.100 muestras por segundo.

Así, tomando muchas muestras, conseguimos pasar de una onda curva a una onda digital:

Profundidad de bits y calidad del sonido.

Además de la frecuencia de muestreo, otro factor crucial en la representación digital del sonido es la profundidad de bits. La profundidad de bits determina la precisión con la que se registra cada muestra. 

Por ejemplo, una profundidad de 16 bits permite que una muestra tenga uno de 65.536 valores posibles (2¹⁶).

Cuanto mayor sea la profundidad de bits, más precisa será la representación del sonido original, y generalmente se traducirá en una mejor calidad de audio.

Compresión y formatos.

Una vez que hemos digitalizado el sonido, nos encontramos con archivos que pueden ser bastante grandes en tamaño. Aquí es donde entran en juego los algoritmos de compresión y diferentes formatos de audio. MP3, por ejemplo, es un formato que utiliza compresión con pérdida. Esto significa que elimina ciertos datos que nuestro oído probablemente no perciba para reducir el tamaño del archivo. Otros formatos, como FLAC, ofrecen compresión sin pérdida, donde la calidad del sonido se mantiene intacta, pero el tamaño del archivo sigue siendo más manejable que el audio sin comprimir.

El mundo del audio digital es una combinación de ciencia, tecnología y arte. Convertir las ricas y variadas ondas sonoras del mundo real en una serie de 0s y 1s que luego pueden ser reproducidas con fidelidad es una maravilla de la ingeniería moderna. Al entender el proceso detrás de la música y los sonidos que disfrutamos diariamente, aumentamos nuestro aprecio por las maravillas auditivas y las posibilidades que la era digital nos ha traído.

2.3.3. Una orquesta de imágenes y sonido: el vídeo.

Si alguna vez te has maravillado con las escenas de tus películas favoritas, los efectos visuales de un videojuego o incluso la fluidez de un vídeo en YouTube, es importante comprender la magia que se esconde detrás de ellos. Vamos a analizar cómo es posible que esas escenas, llenas de colores, movimientos y emociones, se almacenen y reproduzcan en nuestros dispositivos digitales.

Más que simples imágenes estáticas.

Antes de adentrarnos en el núcleo del vídeo digital, es clave entender que un vídeo no es más que una serie de imágenes mostradas rápidamente, creando la ilusión de movimiento. Estas imágenes se conocen como fotogramas o frames.

Si has visto alguna vez un cuaderno de animación, donde cada página tiene un dibujo ligeramente diferente y al pasarlas rápidamente parece que el dibujo se mueve, entonces ya tienes una idea básica de cómo funciona un vídeo.

La ilusión del movimiento.

La velocidad a la que se muestran estos fotogramas se denomina tasa de fotogramas o frame rate, y se mide en fotogramas por segundo (fps, frames per second). 

Por ejemplo, muchas películas se graban a 24 fps, lo que significa que en un segundo, pasaran ante tus ojos 24 imágenes distintas, aunque tu ojo sea incapaz de retener cada una de ellas. 

Algunos videojuegos y vídeos deportivos utilizan tasas más altas, como 60 fps, para capturar movimiento más rápido y ofrecer una imagen más fluida.

Mira la calidad y la fluidez de este vídeo para hacerte una idea de la importancia de una tasa alta de fotogramas.

La calidad del vídeo.

Cuando hablamos de la calidad del vídeo, a menudo nos referimos a términos como Full HD o 4K. Estos términos se refieren a la resolución del vídeo, que es simplemente el número de píxeles que componen cada fotograma. 

Por ejemplo, Full HD tiene una resolución de 1920×1080, lo que significa que hay 1920 píxeles de ancho por 1080 de alto en cada fotograma.

Cuanto mayor sea la resolución, más detalles y claridad tendrá el vídeo, pero también requerirá más espacio de almacenamiento y mayor capacidad de procesamiento para reproducirse, especialmente con frame rates altos.

Fíjate en la nitidez de los colores de este vídeo para entender lo que obtenemos cuando combinamos una alta resolución (8K) con una alta tasa de fotogramas (60 fps).

Compresión y formatos de video.

Al igual que con el audio, los vídeos también se benefician de técnicas de compresión. Debido a la gran cantidad de información en un vídeo, sin compresión, los tamaños de archivo serían enormes. Formatos populares como MP4, AVI o MKV utilizan diferentes algoritmos y técnicas para comprimir el vídeo, reduciendo el tamaño del archivo sin sacrificar demasiada calidad. Algunos, como el H.264, han ganado popularidad por su eficiencia y calidad en plataformas de streaming como Netflix o Twitch.

La representación de imágenes, audio y vídeo en el mundo digital es una combinación sublime de matemáticas, arte y tecnología. Estos medios, que en su esencia son solo conjuntos de 0s y 1s, tienen el poder de evocar emociones, contar historias y conectar a las personas de una manera que pocas cosas pueden. Al entender la mecánica detrás de estos medios, no solo apreciamos su belleza, sino también la ingeniería y la innovación que nos permiten vivir en un mundo rico en multimedia.

2.4. Sistema hexadecimal.

Hemos visto a lo largo de este tema, por qué es necesario que cambiemos del sistema decimal al sistema binario. Desde el almacenamiento, transmisión y tratamiento de la información hasta la configuración de imágenes, audios y vídeos, pasando por la estructura del texto digital. Sin embargo, en el mundo digital, es fundamental comprender otros sistemas de representación numéricos que ofrecen herramientas específicas para ciertas aplicaciones. Uno de los sistemas más fascinantes y útiles es el sistema hexadecimal.

¿Por qué necesitamos este otro sistema numérico, y cómo se relaciona con nuestra vida diaria?

Te lo cuento, a continuación.

Una cuestión de simplicidad.

En la esencia de los ordenadores y la electrónica digital, todo se reduce a 0s y 1s, el famoso sistema binario. Sin embargo, trabajar directamente con números binarios puede ser un poco complicado, especialmente cuando estamos tratando con grandes cantidades de datos. Aquí es donde entra el sistema hexadecimal: permite representar datos binarios de una manera más compacta y manejable.

El sistema hexadecimal utiliza 16 símbolos distintos: 0-9 para representar los valores del cero al nueve, y A-F (o a-f) para representar los valores del diez al quince. Por lo tanto, un solo dígito hexadecimal puede representar cuatro dígitos binarios, también conocidos como un nibble.

Por ejemplo, el número binario 1010 se traduce en el dígito hexadecimal A.

	Sistema decimal	Sistema binario	Sistema hexadecimal
Nº de símbolos	10	2	16
Símbolos	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0 1	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

De la misma manera que hicimos con los sistemas decimal y binario, podemos aplicar la fórmula para descomponer un número hexadecimal y conocer de qué número decimal se trata.

Supongamos que tenemos el número hexadecimal: #3A9. Apliquemos la fórmula:

3x16² + 10x16¹ + 9x16⁰ =  768 + 160 + 9 = 937

El número hexadecimal 937 es el número decimal 937 (observa cómo hemos sustituido la cifra hexadecimal por el número 10 decimal).

Correspondencia entre el sistema decimal y el sistema hexadecimal
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F

Aplicaciones cotidianas del sistema hexadecimal.

Quizás te estés preguntando: ¿dónde nos cruzamos con este sistema en nuestra vida? Bueno, aunque no siempre es evidente, el sistema hexadecimal está más presente de lo que crees:

• Colores web: si alguna vez has diseñado una página web o simplemente jugueteado con diseño gráfico, es posible que hayas encontrado códigos de colores que comienzan con un ‘#‘, seguido de seis caracteres. Estos son códigos hexadecimales que representan colores en RGB. Por ejemplo, el código “#FFFFFF” representa el color blanco (las dos primeras cifras corresponden a R, las dos siguientes a G y las dos últimas a B).

En esta web tienes un conversor que te ayudará a entender la correspondencia:

• Direcciones MAC: cada dispositivo que se conecta a una red tiene una dirección MAC única (impresa por el fabricante), compuesta por 12 caracteres hexadecimales. Esta dirección es como una huella digital para dispositivos en una red.

• Programación: los programadores a menudo utilizan representaciones hexadecimales al trabajar con datos a nivel de bits y bytes. Es especialmente útil cuando se depura software o se trabaja con operaciones a bajo nivel.

El sistema hexadecimal es una herramienta elegante que sirve como puente entre el mundo humano y el mundo digital. Aunque puede parecer un concepto abstracto al principio, su presencia y aplicaciones en nuestra vida diaria demuestran la importancia de este sistema de representación numérica.

Conversión entre hexadecimal y binario.

La conversión entre sistemas numéricos puede parecer un asunto puramente técnico, pero al observarlo más de cerca, hay un arte y una elegancia inherente en la relación entre el sistema binario y el hexadecimal. Sumergirse en este proceso es como descifrar un código secreto, revelando las conexiones ocultas entre los números que utilizamos a diario.

La base del sistema hexadecimal es 16, lo que significa que tiene 16 símbolos diferentes. El binario, por otro lado, está basado en 2 símbolos. A primera vista, estos sistemas pueden parecer mundos aparte. Sin embargo, hay una relación directa y simplificada entre ellos: un dígito hexadecimal representa exactamente cuatro dígitos binarios. Esta relación 1:4 no es una coincidencia, es el resultado de 2⁴, donde 4 es la cantidad de bits, y 2⁴ es igual a 16, la base del sistema hexadecimal.

Dada esta relación directa, convertir entre binario y hexadecimal se convierte en un proceso casi intuitivo. Por ejemplo, si tomamos el número binario ‘1101’, podemos traducirlo directamente al número hexadecimal ‘D’. De igual manera, el número hexadecimal ‘B’ se convierte al número binario ‘1011’.

Esta simplicidad en la conversión hace que el sistema hexadecimal sea una herramienta indispensable para muchos técnicos y programadores, especialmente cuando se necesita visualizar o trabajar con largas cadenas de datos binarios.

A medida que los sistemas informáticos y las redes crecieron en complejidad, también lo hizo la cantidad de datos binarios con los que se tenía que trabajar. Imagina tener que leer y entender secuencias de miles o incluso millones de 1s y 0s. Aquí es donde el sistema hexadecimal brilla con fuerza: al poder representar cuatro dígitos binarios con un solo carácter, las representaciones hexadecimales son mucho más compactas y legibles. Esto es especialmente útil en campos como la programación y la depuración, donde una representación clara y concisa de los datos es crucial.

2.5. Compresión.

Cuando hablamos de compresión en el ámbito de las tecnologías de la información, nos referimos a la práctica de reducir el tamaño de los datos para que ocupen menos espacio en el almacenamiento o para que su transmisión sea más rápida y eficiente. 

Imagina poder guardar tu armario entero en una pequeña maleta sin dejar nada atrás. En esencia, eso es lo que hace la compresión, pero con datos. Veamos este proceso con mayor profundidad y entendamos cómo influye en nuestra vida cotidiana.

2.5.1. De la necesidad nace la solución.

Con el auge de Internet y la digitalización, el volumen de datos que manejamos ha crecido exponencialmente. Fotos, vídeos, música, documentos… todos ellos requieren espacio. Y aunque la capacidad de almacenamiento ha crecido, también lo ha hecho nuestra demanda de rapidez en la transmisión de estos datos. Aquí es donde la compresión juega un papel fundamental.

Hay dos grandes categorías de compresión: sin pérdida y con pérdida.

• Compresión sin pérdida: como su nombre indica, este tipo de compresión reduce el tamaño del archivo sin perder ningún dato. Cuando descomprimes el archivo, obtienes exactamente la misma información que el original. Es como doblar cuidadosamente tu ropa para que ocupe menos espacio en una maleta, pero sin deshacerte de nada. Ejemplos de esto son los formatos ZIP o FLAC en audio.

• Compresión con pérdida: aquí, se sacrifica parte de la información para lograr una mayor reducción de tamaño. Es similar a elegir solo la ropa esencial para un viaje y dejar atrás lo que no es absolutamente necesario. Puede que no tengas todo exactamente como en el original, pero para muchas aplicaciones, la diferencia es casi imperceptible. Un buen ejemplo es el formato MP3 para música o JPEG para imágenes.

2.5.2. Compresión en nuestra vida diaria.

La compresión está en todas partes, aunque no siempre nos demos cuenta:

• Plataformas de streaming: cuando ves una serie en HBO o escuchas un podcast en iVoox, estás consumiendo contenido comprimido. Estas plataformas usan técnicas avanzadas de compresión para enviar grandes cantidades de datos rápidamente a tu dispositivo.

• Fotografía digital: las cámaras y smartphones a menudo ofrecen la opción de guardar imágenes en formatos comprimidos, como JPEG, permitiendo guardar más fotos sin sacrificar demasiado la calidad. Además, muchas aplicaciones como WhatsApp aplican una segunda compresión para realizar envíos de contenido multimedia con las fotos de forma más rápida.

• Juegos y software: muchos juegos y aplicaciones se descargan en formatos comprimidos para reducir el tiempo de descarga y luego se descomprimen durante la instalación. Incluso a la hora de jugar, van aumentando o disminuyendo la compresión de algunos elementos para garantizar una experiencia de juego más fluida.
• Herramientas de compresión: con la evolución de la web, han surgido numerosas herramientas que nos facilitan la útil tarea de reducir el espacio que ocupan nuestros archivos, y sin la necesidad de instalar ningún programa, todo desde el propio navegador. Algunas de las más utilizadas son I Love PDF (que nos permite hacer casi cualquier cosa con un documento PDF, compresión incluida), I love IMG (igual que la anterior, pero con imágenes), Media.io (que nos permite comprimir cualquier formato de audio), Clideo (para comprimir vídeos) o Compress2Go (que nos permite empaquetar y comprimir varios archivos en uno).

La búsqueda de técnicas de compresión más eficientes es constante. Los investigadores buscan constantemente el equilibrio perfecto entre reducción de tamaño y preservación de la calidad. Además, con la llegada de tecnologías como la realidad virtual y el 8K, la demanda de compresión más avanzada sigue creciendo.

La compresión es una de esas maravillas técnicas que, aunque a menudo pasa desapercibida, juega un papel clave en nuestra experiencia digital. Es la razón por la que podemos transmitir, almacenar y compartir tanto contenido en dispositivos que caben en la palma de nuestra mano. Así, cada vez que abres una aplicación, ves una película o escuchas una canción, estás viendo la compresión en acción, haciendo nuestra vida digital más fluida y accesible.

2.6. Archivos.

En nuestro día a día, la información se guarda, se transmite y se accede a través de estructuras denominadas archivos. Desde la redacción que escribes para tu clase de historia, hasta esa pegadiza canción que escuchas una y otra vez en tu reproductor de música, cada fragmento de información digital reside dentro de un archivo. Pero, ¿qué es realmente un archivo y cómo influye en nuestra vida diaria? Vamos a repasar el universo de los archivos y descubrirás cómo estos contenedores digitales conforman la esencia de nuestra interacción con la tecnología.

A primera vista, un archivo puede parecer solo un ícono en tu escritorio o una entrada en tu carpeta de descargas. Sin embargo, en su núcleo, cada archivo tiene una dualidad: 

1. Una estructura física que reside en el almacenamiento de tu dispositivo.
2. Una representación lógica que el sistema operativo y las aplicaciones usan para acceder y manipular la información.

2.6.1. Tipos de archivo y su propósito.

Los archivos no son entidades monolíticas; varían en función del tipo de datos que contienen y del propósito para el que fueron creados. Por ejemplo:

• Archivos de texto: son los más básicos y contienen solo texto. Pueden ser simples como los archivos .txt, o más complejos con formatos y estilos, como los documentos de Word .docx o LibreOffice .odt.

• Archivos multimedia: estos contienen datos de audio, video o imágenes. Pensemos en los archivos .mp3 que almacenan música, los .png que guardan nuestras fotos o los archivos .mp4 que contienen nuestro último video viral de TikTok.

• Archivos ejecutables: estos son programas o aplicaciones. Cuando haces doble clic en uno, le estás diciendo a tu ordenador que ejecute un conjunto de instrucciones contenidas en ese archivo.

• Archivos de sistema: estos son vitales para el funcionamiento de tu sistema operativo. Normalmente, como usuarios, no interactuamos directamente con ellos, pero aseguran que tu dispositivo funcione correctamente.

¿Has notado esas letras que aparecen después del punto en el nombre de un archivo, como .pdf o .mp4? Se llaman extensiones de archivo y nos dan pistas sobre qué tipo de información contiene el archivo y con qué software se puede abrir. Estas extensiones ayudan a tu sistema operativo a determinar qué aplicación usar para abrir un archivo específico.

Por ejemplo, un archivo .apk sabemos que contiene una aplicación para Android, o un archivo .zip sabemos que contiene uno o varios archivos comprimidos. 

2.6.2. Interconexión y compatibilidad

Vivimos en un mundo conectado donde compartimos y transferimos archivos constantemente. Ya sea enviando una foto por Telegram compartiendo un documento en Google Drive, interactuamos con archivos que pueden ser accesibles desde diferentes dispositivos y sistemas operativos. 

La compatibilidad de archivos se ha vuelto un aspecto de gran relevancia, por eso son tan importantes formatos como PDF que han ganado popularidad precisamente porque pueden ser abiertos y leídos en casi cualquier dispositivo.

Así, la próxima vez que decidas qué aplicación usarás para crear cualquier tipo de contenido, piensa qué archivo le dará forma para saber si aquellas personas a las que se lo envíes, podrán abrirlo con facilidad o no.

Recuerda: los archivos actúan como recipientes que almacenan recuerdos, ideas, entretenimiento y conocimiento. Son el nexo entre nosotros y el mundo digital, permitiéndonos guardar, compartir y revivir momentos. Así que, no olvides cuando guardes un archivo, que estás interactuando con una estructura que es, en muchos sentidos, el corazón del intercambio de información.

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