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Hoja de Agua

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Objetivo

Investigar los mecanismos de control de dispositivos que puedan tener una interfase con una computadora personal que tenga acceso a Internet.

Introducción

El proyecto consiste en obtener información del estado de algunos fenómenos susceptibles de medición, como pueden ser temperatura, humedad, presión, iluminación, entre otros, y poner esta información disponible a cualquier persona que pueda establecer una conexión a Internet. Además de obtener la información de este tipo de fenómenos que menciono, poder tomar acciones, igual de manera remota, con un programa de computadora que nos permita, por ejemplo activar un motor, ventilador, cerrar válvulas, por mencionar algún proceso.

El entorno de desarrollo en una computadora personal con sistema operativo MS-Windows® 95 o más reciente, con un navegador de Internet, que puede ser el Internet Explorer de la misma compañía o algún otro, esto es en la parte del cliente, en la parte del servidor, requerimos de un servidor de páginas WEB, como puede ser el Internet Information Server (IIS) o Personal Web Server (PWS) de la misma compañía. El leguaje de programación que uso es Object Pascal en un entorno de desarrollo para MS-Windows® que se llama Borland Delphi® de Inprise Corporation.

En el primer capítulo, hacemos una introducción breve a las redes de computadoras, para tener un antecedente.

En el segundo capítulo expongo una breve semblanza de lo que es el Internet, su historia y los servicios más usuales a los usuarios promedio, digamos a los usuarios finales que no tiene mucho que ver en aspectos administrativos ni de implementación de redes.

En el tercer capítulo, vemos algunos aspectos del Internet desde el punto de vista del usuario final.

En el cuarto capítulo, nos enfocamos a los microprocesadores y microcontroladores, dando enfasis al estudio de los microcontroladores, en especial a los de la marca Microtel®.

En el quinto capítulo nos enfocamos a un programa de aplicación con microcontrolador con capacidad para establecer comunicación serial con el protocolo RS-232. la programación de los puertos serie y paralelo de la PC (Personal Computer – Computadora Personal, PC para abreviar), pues es la opción más económica de establecer comunicación de datos con el exterior. Existen otras opciones, como es el puerto USB, que aunque en las nuevas computadoras personales es ya una puerto estándar, en equipos no tan recientes no se les encuentra, lo que si sucede con los puertos serie y paralelo, que tienen un buen rato en el mercado. Otra opción para la comunicación de datos de una PC con el exterior, es construir una tarjeta de adquisición de datos, e instalar la en una ranura de expansión de tipo PCI o ISA, esta opción es mas compleja y cara, y requeriría de más tiempo para su realización.





Capítulo 1. Fundamentos de Redes

¿Se ha preguntado alguna vez cómo funciona realmente Internet La mayoría de nosotros, en alguna ocasión, nos hemos preguntado que ocurre detrás del escenario cuando estamos navegando por las paginas Web, enviando correo electrónico o descargando archivos. Sabe instintivamente que debe haber muchos dispositivos enlazándole con el otro equipo, pero ¿Cómo se realiza exactamente la conexión?, ¿Qué forma un mensaje? y ¿Cómo encuentra el camino de vuelta a través de la aparente caótica Internet hasta su escritorio? Después de todo, no hace tanto que la incompatibilidad entre diferentes marcas y modelos de computadoras conviertan el intercambio de datos en un quebradero de cabeza. Ahora todo el mundo puede conectarse a Internet y compartir datos y servicios sin pensárselo dos veces. ¿ como puso esto en marcha la industria informática?

La mayoría de los profanos piensan que la respuesta es la tecnología, y en parte tienen razón. Pero la respuesta completa es que Internet se ha creado mediante una combinación de tecnologías y estándares. Concretamente estándares técnicos de jure y de ipso. Los estándares de jure los establecen las asociaciones industriales; los estándares de ipso se establecen por la fuerza bruta de la economía. Todos los enrutadores y conmutadores del mundo no pueden formar Internet sin los estándares que hacen compatible el hardware, el software y los equipos de telecomunicaciones.

Los productos que alimentan Internet se introdujeron en el capitulo 1. ahora trataremos las arquitecturas subyacentes que hacen posible toda esta tecnología, desde la infraestructura de telecomunicaciones hasta llegar al interior del PC. La comprensión de las tecnologías y de los estándares que apuntalan una red le dará una imagen clara de lo que ocurre en segundo plano cuando hace clic en el explorador.

    1. Bits y Bytes

Antes de adentrarnos en los detalles sobre las redes, es necesario tratar los conceptos básicos que explican como funciona la tecnología de las computadoras. Haremos esto <> para ayudarle a comprender por que los sistemas funcionan como lo hacen.

La infraestructura de Internet se compone de millones de dispositivos de interconexión, enrutadores, conmutadores, cortafuegos, servidores de acceso y concentradores, conectados entre sí sin demasiado rigor a través de un sofisticado sistema de direcciones global. Están enlazados principalmente por cable de cobre de par trenzado al escritorio y grandes líneas troncales que funcionan sobre cables de fibra óptica de alta velocidad. Pero, principalmente, Internet es un conjunto de millones de dispositivos individuales de hardware conectados entre sí sin demasiado rigor mediante un esquema de direccionamiento global.

      1. Cómo Entienden los Datos las Computadoras.

Los dispositivos de interconexión son más o menos lo mismo que las computadoras normales como su PC. Las diferencias mas importantes están en la configuración: la mayoría de los tipos de equipos de red ni tienen CRT (tubo de rayos catódicos) o discos, ya que están diseñados para mover datos, no para almacenarlos o mostrarlos. Pero todos los dispositivos de red son computadoras en el sentido básico, ya que tienen CPU, memoria y sistema operativo.

        1. Los Bits Componen los Mensajes Binarios

La computación es en gran parte una cuestión de envió de señales eléctricas entre diferentes componentes hardware. En una computadora normal, las señales se mueven entre pequeños transistores dentro de la CPU o de la memoria y viajan sobre unos cableados ultra finos incrustados en las placas de circuitos impresos. Una vez en el exterior, las señales eléctricas viajan sobre cables para moverse entre dispositivos.

Cuando las señales pasan sobre el cable, las Network Interface Cards (NIC, tarjetas interfaz de red) situadas en los extremos del cable siguen el rastro de las formas de onda del pulso eléctrico y las interpreta como datos. El NIC siente cada pulso eléctrico como una señal Activado o una señal Desactivado. Esto se llama transmisión binaria, un sistema en el que cada pulso Activa se registra como un numero 1 y cada señal Desactivado como un numero 0. En lenguaje máquina, estos ceros y unos son bits, y un archivo de bits es un archivo binario.

Que una señal represente un cero o un uno se detecta por las fluctuaciones en el voltaje de los pulsos eléctricos ( o pulso de luz, sobre medios ópticos) durante minúsculos intervalos de tiempo. Estos pequeños intervalos de tiempo se llaman ciclos o Hertzios (Hz) en círculos de ingeniería electrónica. Por ejemplo, la CPU en una NIC de 100 Mbps puede generar 100 millones de ciclos por segundo. En términos prácticos, las ventajas son que la computadora puede procesar 100 millones de pulsos por segundo e interpretarlos como ceros o como unos.

        1. Como se Mantiene el Orden entre los Bits

Todas las computadoras usan el sistema binario a nivel maquina. Los bits son el material básico con el que trabajan, normalmente una colección de bits en un archivo binario. El sistema binario es el material que se coloca en memoria, se procesa en las CPU, se almacena en los discos y se envía sobre los cables. Tanto los datos como los programas software se almacenan en binario. Si mirara un archivo de datos en cualquier tipo de maquina en formato binario, vería una pagina llena de ceros y unos. Si hiciera eso puede que sus ojos se cansaran, pero las maquinas pueden manejar el sistema binario debido a su ordinalidad, un termino gracioso para conocer que pieza de información se supone que aparece en una cierta posición de campo.

La computadora no hace un seguimiento de las posiciones ordinales una a una. Sin embargo, si hace un seguimiento de la posición de bits en la que empieza y termina un campo. Un campo es una pieza lógica de información. Por ejemplo, la computadora debe saber que las posiciones de bits 121 hasta la 128 se usan para almacenar la inicial media de una persona.

Las computadoras son capaces de hacer un seguimiento de los ordenes de bits con gran precisión usando relojes que controlan exactamente donde está la CPU en una cadena de bits. Sabiendo donde están los campos, las computadoras pueden generar los datos desde el cableado hacia arriba.

        1. El Software de las Computadoras Funciona sobre Bytes

Por simplicidad, sin embargo, las computadoras no funcionan de bit en bit. Hay un nivel intermedio justo encima de los bits llamado bytes, de ahí la expresión <>. Un byte es una serie de ocho bits consecutivos que se tratan como una unidad.

Desde un punto de vista lógico, la unidad básica que forma un campo de datos es el byte. Esto no solo hace que los sistemas vayan mas rápidos, sino también los hace mas fáciles de programar y depurar. Nunca verá a un programador declarar cuantos bits de longitud debe tener un campo, pero declarar las longitudes en bytes es lo normal. Ser deja a la computadora seguir el rastro de las posiciones de los bits individuales.

        1. Palabras de la Computadora

Al contrario que el software, las CPU deben manejar bits. En el nivel inferior, el hardware de la computadora maneja señales de pulso eléctrico Activado/Desactivado a través de su circuiteria en forma de bits. Tardaría demasiado tiempo realizar una traducción bits a bytes dentro de la CPU, por lo que las computadoras tienen lo que se llama un tamaño de palabra. El paso superior al byte es una palabra, que es el numero de bytes que una arquitectura de CPU esta diseñada para manejar en cada ciclo.

Por ejemplo, un Pentium de Intel es una maquina con una palabra de 32 bits, lo que significa que procesa 32 bits por ciclo de reloj. Pero como las técnicas de miniaturización del hardware han avanzado y la necesidad de procesar datos rápidamente ha crecido, la industria se ha embarcado en las arquitecturas de palabra de 64 bits como el camino a seguir. La arquitectura alpha de Compaq, el chip procesador sencillo mas rápido del mundo, tiene una arquitectura de palabra de 64 bits. IBM y Sun fabrican también maquinas de 64 bits; y la próxima arquitectura, Merced de Intel, será también una maquina de 64 bits. Los dispositivos de Cisco usan CPU de 32 bits.

        1. Software Compilado

El ultimo paso ascendente es desde bytes a algo que los humanos podamos comprender. Como probablemente conocerá, el software toma la forma de archivos de código fuente escritos por programadores de computadoras. Los comandos que los programadores escriben en los archivos de código fuente son símbolos que indican a la computadora que hacer. Cuando se escribe un programa, se transforma a lenguaje maquina que se conocen con el nombre de ejecutables o binarios. Por ejemplo, si el código se escribe usando el lenguaje de programación C++, se traduce mediante un compilador de C++.

Puede que se haya dado cuenta de la existencia de las extensiones de archivo .exe y .bin en el directorio de su PC. Significan ejecutable y binario, respectivamente. El Internet Operating System (IOS, Sistema operativo de Red) de Cisco es softwear ejecutable. En realidad, es un paquete que contiene cientos de ejecutables que manejan dispositivos de red vecinos, etc.

        1. Arquitectura de Computación

Una arquitectura de computación es una especificación técnica de todos los componentes que forman un sistema. Las arquitecturas de computación hechas publicas son bastante detalladas y especificas y la mayoría tiene miles de paginas de longitud. Pero en ciertas partes son abstraídas por el diseño, dejando la implementación exacta de dicha parte de la arquitectura al diseñador.

Función

Funcionalidad

Organización

Apariencia

Interfaz abstracta

Dependencias

Extensiones

Productos

Implementación

Lo que separa una arquitectura de una especificación normal de producto es el uso de niveles de abstracción. Un nivel de abstracción es una interfaz fija que conecta dos componentes del sistema y que gobierna la relación entre la función y la implementación de cada una de las partes. Si algo cambia en un extremo de la interfaz, mediante diseño, no debería ser necesario realizar cambios en el otro extremo. Estas capas se ponen para ayudar a garantizar la compatibilidad en dos direcciones:

Entre diferentes componentes dentro del sistema.

Entre los diferentes productos que implementan la arquitectura.

La abstracción entre componentes estabiliza los diseños del sistema, ya que permite a diferentes grupos de programadores hacer un desarrollo de ingeniería frente a un objetivo estable. Por ejemplo, la interfaz que se hace pública entre las capas del software de interconexión de redes permite a cientos de fabricantes de interfaces de red crear productos compatibles con la especificación Fast Ethernet.

Hay diferentes arquitecturas de computación importantes a la vuelta del siglo XXI, algunas mas abiertas que otras. La arquitectura Wintel Microsoft Windows/Intel 80x86 es la leyenda. Otras arquitecturas importantes de computación son RAID CORBA y docenas más. Todavía, quizá la arquitectura de computación más importante jamás ideada sea la que creo Internet: el modelo de referencia ISO.


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