Diego J. González

Tema oscuro

TEMA 2: Información Digital ​

Bloque A. La sociedad de la información y el ordenador | TICO.1.A.2 ​

Currículo LOMLOE - Andalucía | Criterios: TICO.1.A.2.1 a TICO.1.A.2.7

1. Almacenamiento, transmisión y tratamiento básico en binario (TICO.1.A.2.1) ​

Toda la información que maneja un ordenador (texto, foto, música) se reduce a dos estados físicos.

¿Por qué binario? El hardware solo distingue dos niveles de tensión: 0 (apagado/bajo, 0V) y 1 (encendido/alto, 5V/3.3V). Es fiable, barato y poco sensible al ruido. Se basa en el álgebra de Boole.

  • BIT (Binary Digit): Unidad mínima. Vale 0 o 1.
  • Señal analógica vs digital: La analógica es continua (onda). La digital es discreta (escalones 0/1). Ventaja digital: se puede copiar sin perder calidad y corregir errores.
  • Tratamiento: Puertas lógicas (AND, OR, NOT) combinan bits. Un procesador es millones de transistores que operan con bits.
  • Almacenamiento: Cada bit se guarda físicamente (carga en memoria flash, orientación magnética en disco duro, hoyo en DVD).
  • Transmisión: Los bits viajan como pulsos eléctricos (cable), ondas de radio (WiFi) o luz (fibra). Protocolo TCP/IP los trocea en paquetes y verifica errores con bit de paridad o CRC.

Idea clave: Digitalizar = convertir cualquier información en una secuencia de 0 y 1.

2. Unidades de información (TICO.1.A.2.2) ​

Un solo bit dice poco. Se agrupan.

Byte: Conjunto de 8 bits. Puede representar 2⁸ = 256 valores (0 a 255). Ej: una letra.

Múltiplos: Dos sistemas que causan confusión ​

NombreSímboloValor SI (Decimal, base 10)Valor IEC (Binario, base 2)Uso común
KilobyteKB / KiB1 KB = 1.000 bytes1 KiB = 1.024 bytesFabricantes HDD usan KB
MegabyteMB / MiB1 MB = 1.000 KB1 MiB = 1.024 KiBRAM, USB usan MiB
GigabyteGB / GiB1 GB = 1.000 MB1 GiB = 1.024 MiB
TerabyteTB / TiB1 TB = 1.000 GB1 TiB = 1.024 GiB
  • Norma IEC (1998): KiB, MiB, GiB para potencias de 1024. Es la correcta para informática.
  • Truco: Windows te muestra GiB aunque ponga GB. Por eso un disco de "1 TB" (1.000.000.000.000 bytes) aparece como 931 GiB.

Unidades de velocidad: Se miden en bits por segundo (bps), no bytes.

  • 100 Mbps (megabits) = 12,5 MB/s. Importante para fibra (300 Mbps) vs descarga.

Cálculo rápido: ¿Cuántos libros de 1 MB caben en un USB de 16 GiB? 16 GiB = 16 x 1024 MiB = 16384 MB ≈ 16384 libros.

3. Representación de números y texto (TICO.1.A.2.3) ​

3.1. Números enteros ​

  • Binario natural: Ej: 13₁₀ = 1101₂ (8+4+0+1). Con n bits representamos 2ⁿ números (ej: 8 bits -> 0 a 255).

  • Signo y magnitud: 1 bit para signo (0=+,1=-) + resto magnitud. Poco usado por tener doble cero.

  • Complemento a 2 (Ca2): Sistema actual para negativos. Ventaja: una sola representación del 0 y resta = suma. Rango con 8 bits: -128 a +127.

    • Ej: -3 con 4 bits -> 3=0011 -> invertir 1100 -> +1 = 1101.

  • Números reales (coma flotante): Norma IEEE 754. Ej: 32 bits = 1 signo + 8 exponente + 23 mantisa. Permite notación científica binaria. No todos los decimales son exactos (0.1 + 0.2 ≠ 0.3 exacto en binario -> error de redondeo).

3.2. Texto ​

El ordenador no entiende letras, solo números que representan letras (código).

  • ASCII (1963): 7 bits (128 caracteres) -> 0-127: inglés, números, símbolos. Insuficiente para ñ, tildes.
  • ISO-8859-1 / Latin1: 8 bits (256 caracteres) -> añade ñ, á, ç. Propio de Europa occidental.
  • Unicode: Estándar universal actual. >149.000 caracteres (todos los idiomas + emojis).
    • UTF-8: Codificación más usada en web. Compatible con ASCII y usa 1 a 4 bytes por carácter. Ej: 'A'=1 byte (01000001), 'ñ'=2 bytes, '😀'=4 bytes.
    • UTF-16 / UTF-32: Otras codificaciones.

Práctica: La palabra "Hola" en ASCII es: 72 111 108 97 -> en binario 01001000 01101111 01101100 01100001.

4. Representación de imágenes, audio y vídeo (TICO.1.A.2.4) ​

4.1. Imágenes ​

a) Mapa de bits (raster): La imagen es una matriz de píxeles.

  • Resolución: Nº píxeles (ej: 1920x1080 = 2M píxeles = 2 Megapíxeles).
  • Profundidad de color (bpp): Bits por píxel. 1 bit = B/N, 8 bits = 256 colores, 24 bits = 16,7 millones (True Color: 8R+8G+8B).
  • Cálculo tamaño sin comprimir: Ancho x Alto x bpp / 8. Ej: Foto 1920x1080x24 bits = 6,22 MB.
  • Formatos: BMP (sin comprimir), JPEG (con pérdida), PNG (sin pérdida, transparencia), GIF (256 colores, animado), WebP.

b) Vectorial: No guarda píxeles, guarda fórmulas matemáticas (puntos, curvas Bézier). Escalable sin perder calidad.

  • Formatos: SVG, AI, EPS. Ideal para logos e iconos.

4.2. Audio ​

El sonido analógico (onda) se digitaliza en 3 pasos:

  1. Muestreo: Medir la amplitud cada cierto tiempo. Frecuencia de muestreo (Hz). CD: 44.100 Hz (44.100 muestras/seg). Teorema de Nyquist: debe ser >2x frecuencia máxima audible.
  2. Cuantificación: Asignar un valor numérico a cada muestra (ej: 16 bits = 65.536 niveles).
  3. Codificación: Guardar los números en binario.
  • Tamaño sin comprimir (WAV): Frecuencia x bits x canales x segundos / 8. Ej: 1 min estéreo 44.1kHz/16bit = ~10 MB.
  • Formatos: WAV (sin comprimir), MP3/AAC (con pérdida), FLAC (sin pérdida).

4.3. Vídeo ​

Secuencia de imágenes (fotogramas/frames) + audio.

  • Parámetros: Resolución (FullHD, 4K), FPS (frames por segundo: 24 cine, 30/60 vídeo), códec (H.264, H.265/HEVC, AV1).
  • Tamaño brutal sin comprimir: 1 hora 1080p 30fps 24bpp ≈ 200 GB -> imprescindible comprimir (MP4).
  • Formatos contenedor: MP4, MKV, AVI, MOV (contienen vídeo+audio+subtítulos).

5. Sistema hexadecimal (TICO.1.A.2.5) ​

Sistema en base 16. 16 símbolos: 0-9, A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15. Es un atajo para escribir binario.

¿Por qué se usa? 1 dígito hex = 4 bits (nibble). Es compacto y legible. Se usa para colores (#FF0000), direcciones MAC, memoria RAM, programación.

Conversiones clave:

DecimalBinarioHex
000000
101010A
151111F
260001 10101A

Método rápido:

  • Bin -> Hex: Agrupa de 4 en 4 desde la derecha. Ej: 10101111₂ -> 1010 1111 -> A F -> AF₁₆.
  • Hex -> Bin: Cada dígito a 4 bits. Ej: 2C₁₆ -> 0010 1100₂.
  • Hex -> Dec: Suma potencias de 16. Ej: 1A₁₆ = 1x16¹ + 10x16⁰ = 26₁₀.
  • Prefijos: En programación 0x indica hex (0xFF), # en colores HTML.

6. Compresión (TICO.1.A.2.6) ​

Reduce el tamaño de los archivos para ahorrar almacenamiento y ancho de banda.

6.1. Sin pérdida (Lossless) ​

Se puede reconstruir el original bit a bit. Tasa ~2:1 a 3:1.

  • Algoritmos: Huffman, LZ77/LZ78 (base de ZIP), RLE.
  • Usos: ZIP, RAR, 7z, PNG, GIF, FLAC, documentos de texto.
  • Ideal para texto, programas, imágenes que no pueden perder detalle.

6.2. Con pérdida (Lossy) ​

Elimina información poco perceptible por el humano. Tasa 10:1 a 100:1. No se puede recuperar el original.

  • Usos: JPEG (fotos), MP3/AAC (audio), MP4/H.264 (vídeo).
  • Ideal para multimedia donde el ojo/oído no nota pequeñas pérdidas. Parámetro calidad vs tamaño.

Comparativa: Foto RAW 20 MB -> PNG sin pérdida 12 MB -> JPEG calidad alta 4 MB -> JPEG calidad baja 800 KB (con artefactos).

7. Archivos (TICO.1.A.2.7) ​

Archivo (file): Conjunto de bits con nombre que almacena información de forma persistente. Abstracción que nos evita manejar sectores físicos del disco.

Estructura:

  • Nombre + Extensión: vacaciones.jpg -> nombre vacaciones, extensión .jpg indica formato/programa. Ej: .txt, .pdf, .docx, .jpg, .mp3, .exe, .zip. En Linux la extensión es orientativa, en Windows determina con qué se abre.
  • Atributos/Metadatos: Tamaño (bytes), fechas (creación/modificación), permisos (lectura/escritura/ejecución), propietario, oculto/solo lectura.
  • Ruta (path): Dirección jerárquica. Absoluta (C:\Users\Ana\Docs\foto.jpg o /home/ana/docs/foto.jpg) vs relativa (../foto.jpg). Carpetas/directorios forman un árbol.

Sistema de archivos (Filesystem): Cómo organiza el SO los archivos en el disco.

  • FAT32: Antiguo, máx 4GB por archivo, compatible con todo (USB).
  • NTFS: Windows actual, sin límite práctico, permisos, journaling.
  • ext4: Linux, journaling.
  • APFS: macOS.
  • Operaciones: crear, copiar, mover, borrar (a papelera), renombrar. Borrar no borra bits, solo marca el espacio como libre (por eso se puede recuperar).

Tipos según contenido:

  • Texto plano (.txt, .csv), Documento (.pdf, .odt), Imagen (.png), Audio (.mp3), Vídeo (.mp4), Ejecutable (.exe, .app), Comprimido (.zip).

8. Mapa Conceptual ​

graph TD
    A[INFORMACIÓN DIGITAL = BITS 0/1] --> B[Unidades: bit - Byte - KB/MB/GB]
    A --> C[Representación]
    C --> C1[Números: Bin natural, Ca2, IEEE754]
    C --> C2[Texto: ASCII -> Unicode UTF-8]
    C --> C3[Multimedia]
    C3 --> I[Imagen: píxel, RGB, raster/vectorial]
    C3 --> S[Audio: muestreo 44.1kHz, 16bit]
    C3 --> V[Vídeo: frames + códec H.264]
    A --> D[Hexadecimal: atajo binario 1hex=4bits]
    A --> E[Compresión]
    E --> E1[Sin pérdida: ZIP, PNG, FLAC]
    E --> E2[Con pérdida: JPEG, MP3, MP4]
    A --> F[Archivo: nombre.ext + metadatos + ruta]
    F --> G[Sistema archivos: FAT32, NTFS, ext4]

Publicado bajo la licencia MIT.