Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes (PDF)

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Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 1. Hardware y software Un ordenador está constituido básicamente por hardware y software. Podemos definir el hardware como la parte física del ordenador: tanto la caja y los componentes internos (placa base, disco duro, etc.) como los elementos conectados a él (teclado, ratón, monitor, impresora, etc.). El software lo constituyen los programas, las instrucciones, las aplicaciones informáticas y el sistema operativo. 2. El hardware del ordenador „ Placa base La placa base o placa madre (motherboard) d es la tarjeta con el circuito impreso más grande de las que podemos ver al abrir un ordenador. Sobre ella se insertan otros componentes del ordenador, como veremos a continuación. Lleva integrados los conectores o puertos de comunicación con los periféricos, y puede llevar también integrados dispositivos de vídeo, audio, red, etc., dependiendo de las características del ordenador. CONEXIONES CO O S SLOTS PCI-E EXTERNAS PILA A BIOS OS S O S PCI SLOTS C SOC SOCKET MICROPROCESADOR C CHIPSET S CONEXIONES CO O S SATA S O S MEMORIA SLOTS O A CO CONEXIÓN Ó IDE CONECTOR CO C O FUENTE DE ALIMENTACIÓN „ Microprocesador El microprocesador es la parte más importante del ordenador. Se encarga de pro- cesar los datos y realizar las operaciones aritmético-lógicas y de controlar el resto de los dispositivos. Se caracteriza por su frecuencia de trabajo, que se mide en hercios y determina su velocidad de funcionamiento. Un ordenador actual puede tener un procesador de 5 GHz, lo que significa que puede realizar 5.000 millones de operaciones básicas en un segundo. Físicamente, es un chip que contiene un conjunto de circuitos integrados con millo- nes de transistores y que va montado sobre un zócalo. Suele llevar superpuesto un ventilador y un disipador de calor para refrigerarlo, así como pasta térmica, ya que si alcanza altas temperaturas se puede bloquear el ordenador. Los principales fabricantes de microprocesadores son Intel y AMD. Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 11 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 11 24/05/2023 15:50:50  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce Principales componentes de la placa base Zócalo (socket) para En él se inserta el microprocesador. Cuando abrimos el ordenador, el microprocesador lo que habitualmente vemos es un gran ventilador con un disipa- dor de calor de aluminio debajo. Por debajo del disipador se añade pasta térmica que mejora la disipación del calor y, por último, el microprocesador sobre el zócalo. Chipset Es un conjunto de chips situados sobre la placa base encargados de realizar las comunicaciones entre el microprocesador y los dis- tintos componentes conectados a la placa base. Controla el modo de operación de la placa, por lo que determina su rendimiento y sus características. El chip más importante suele llevar encima un disipador de aluminio, más pequeño que el del microprocesador. Ranuras (slots) para En ellas se colocan los módulos de memoria RAM. Se distinguen de la memoria RAM otras ranuras porque llevan unas pinzas para sujetar el módulo y porque puede haber ranuras vacías pero siempre habrá alguna con un módulo de RAM insertado. Conector ATX Es el conector que une la fuente de alimentación con la placa base, a través de cables como el de la imagen. Es necesario para que ésta tenga la corriente suficiente para funcionar. Conexiones IDE y Son las conexiones para las unidades de almacenamiento: el disco SATA duro, el DVD-ROM, la grabadora de DVD, etc. Las placas pueden llevar los dos tipos de conexión, IDE y SATA, o bien uno de ellos, de- pendiendo de la antigüedad del ordenador. Las conexiones SATA son más modernas. En la imagen se muestra cómo son los cables de datos SATA (color rojo) e IDE (color azul) que unen la placa con las unidades de almacenamiento. Ranuras de En ellas se insertan las tarjetas de expansión, como la tarjeta gráfi- expansión ca, la de sonido, la de red, etc. A veces, estas tarjetas están integra- das en la placa base y las ranuras pueden estar vacías. Hay varios tipos: PCI, AGP y PCI Express (PCI-E). Conexiones Son los puertos en que se conectan la red (RJ45) y los dispositivos externas externos, como el teclado (PS2 morado), el ratón (PS2 verde), los auriculares (jacks de audio), las memorias USB, etc. Chip y pila para la La BIOS es un circuito integrado en el que se guarda el programa BIOS de arranque del ordenador. Normalmente se identifica entre otros porque suele llevar escrita la palabra BIOS, como en la imagen. Para que no se borren ciertos parámetros de configuración, la BIOS necesita una pila. 12 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 12 24/05/2023 15:50:51  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce „ Conectores internos y puertos Los conectores internos son todas aquellas ranuras de expansión, o slots, que se conectan a la placa base, además de los puertos internos o interfaces. Existen varios tipos de slots: PCI ((peripheral component interconnectt): su uso no está predefinido, de modo que per- mite añadir nuevos componentes, como tarjetas de vídeo, de sonido, de red, etc. AGP (accelerated graphics port): t tiene como objetivo los gráficos y la conectividad. Su tasa de transferencia puede alcanzar los 2 GB/s. IDE (integrated device electronics) o ATA (advanced technology attachment): t controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros, CD-ROM, DVD, etc. SATA (serial advanced technology attachment): t es una interfaz (conjunto de comandos, métodos y soporte físico) de transmisión entre la placa base y algunos dispositivos, como el disco duro. Sustituirá al resto de las interfaces. Existe una versión de SATA externo, eSATA, en fase de expansión, para discos externos y otros componentes. Será un competidor del USB. Conector SATA Los puertos sirven para conectar los periféricos de entrada/salida a la TIPOS DE U.S.B. placa base: Tipo A Tipo B USB (universal serial bus): permite la interconexión de práctica- mente cualquier dispositivo. Además, la conexión y el reconoci- USB miento se realizan sin necesidad de reiniciar el dispositivo ((plug estándar and play). y El estándar 2.0 alcanza velocidades de hasta 60 MB/s (480 Mbps). Mini-USB Transportan datos y también corriente eléctrica. Básicamente se 5 pines pueden clasificar en tipo A y tipo B (véase el esquema). El USB 3.0 alcanza los 600 MB/s (4,8 Gbps). También hay que Mini-USB mencionar el mini-USB (para MP3, cámaras, etc.) y el micro- 8 pines USB. El USB 3.1, sucesor del USB 3.0, mejora la velocidad de Micro-USB 600 MB/s a 1,25 GB/s (10 Gbps). IEEE 1394 (conocido como Firewire por Apple y como i.Link por Sony): es una interfaz que permite la interconexión de cá- USB 3.0 maras, vídeos, teléfonos, discos duros externos, impresoras y es- estándar cáneres al ordenador. Alcanza velocidades de 400 Mbps (hasta 800 Mbps en el caso del IEEE 1394b). Micro-USB 2,5 mm USB 3.1 TYPE C CABLE 3.0 8,3 mm Firewire 800 y Firewire 400 USB tipo C Otros conectores son: Conector de red RJ-45: permite la co- Paralelo: transmite los datos en para- nexión a Internet. lelo, como indica su nombre, y se usa para impresoras y escáneres, pero está siendo desplazado por el USB. Conector de gráficos VGA (video graph- Conector de alimentación ATX ics adapter) r Conectores de gráficos DVI-VGA (1) y (1)) (22) Conectores de alimentación Molex (3) HDMI (2) y Molex-SATA (4) (3)) (44) Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 13 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 13 24/05/2023 15:50:56  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce „ Memorias La unidad mínima de información es En un ordenador existen varios tipos de memorias. el bit, que representa un 1 o un 0. Los múltiplos de éste son potencias La memoria RAM (random access memory) y es la memoria de acceso aleatorio, es decir, de base 2: 2n. se puede acceder a cualquier parte de ella. Permite la lectura y la escritura. Es volátil: cuando se apaga la alimentación, la información contenida en ella se pierde. Es la única byte 8 bits que se inserta en la placa base. kilobyte 1.024 bytes megabyte 1.024 KB Un ordenador actual suele tener entre 8 y 16 GB (gigabytes) de RAM. gigabyte 1.024 MB La memoria ROM (read only memory) y es la memoria de sólo lectura. No es volátil: la terabyte 1.024 GB petabyte 1.024 TB información no se pierde al apagar el ordenador. Es ideal para almacenar las rutinas básicas del hardware, como el programa de arranque del ordenador (BIOS) o el chequeo de la memoria. La memoria caché es una memoria más rápida y de menor capacidad que la RAM. Hace de puente entre el microprocesador y la memoria RAM. Los ordenadores incluyen esta memoria dentro del propio chip del microprocesador. Un ordenador actual puede tener 6 MB (megabytes) de memoria caché. „ Unidades de almacenamiento internas y externas Las unidades de almacenamiento (o dispositivos de almacenamiento) se usan para guardar información. No hay que confundirlas con las memorias, vistas en el apartado anterior, que no sirven para almacenar datos. Las unidades de almacenamiento internas son los discos duros. Pueden ser de dos tipos: Disco duro magnético (HDD, hard disk drive). Emplea un sistema de grabación magnética para registrar datos digitales en una serie de platos o discos mediante un cabezal que se va desplazando. La comunicación externa puede ser IDE o SATA. Chipp de memoria Controladora cach hé Platos Cabeza lectora Motor Chips NAND de memoria Disco duro HDD Disco duro SSD Disco duro de estado sólido (SSD, solid state disk o solid state drive). Almacena la infor- mación en microchips de memoria NAND no volátiles. A diferencia de los HDD, los SSD no contienen partes móviles, por lo que son más rápidos y tienen menor consumo. Por el con- trario, tienen una vida limitada a un número determinado de ciclos de lectura-escritura. Como unidades de almacenamiento externas tenemos los CD, con una capacidad de entre 700 y 800 MB, los DVD (capacidad típica de 4,7 GB) y el Blu-rayy (capacidad de hasta 400 GB). También se pueden considerar memorias externas las memorias USB (o pendrives o USB flash drives), que hoy en día son las más utilizadas, así como las tarjetas de memoria (SD, MMC, etc.). 14 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 14 24/05/2023 15:50:57  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 3. El software del ordenador Podemos definir el software como el soporte lógico del ordenador, que comprende el conjunto de los componentes lógicos que hacen posible su funcionamiento. Son software tanto el sistema operativo (Windows, Linux, macOS) como los programas y aplicaciones que utilizamos. En un ordenador, el primer software que funciona cuando se enciende es el de la BIOS. Luego se carga el sistema operativo y, para finalizar, las aplicaciones. „ BIOS La BIOS (basic input/output system) es el sistema básico de entrada y salida del orde- Pila CR2032 y chip para la BIOS nador. Se trata de un programa especial guardado en la pequeña memoria de la placa base, como hemos visto anteriormente. Una vez que se han inicializado los compo- nentes hardware, la BIOS toma el control del ordenador. Cuando la BIOS termina de realizar su tarea, cede el control del ordenador al siguiente nivel: el sistema operativo. „ Sistemas operativos Son programas, dispuestos ya en el software o en la memoria fija, que hacen que el hardware sea utilizable. Su misión es servir de interfaz entre el usuario y el orde- nador, interpretando las instrucciones del usuario y transmitiéndoselas al hardware. Menú principal del programa Setup de la BIOS Además, se encargan de controlar y hacer funcionar todo el hardware y los progra- mas del ordenador. Otras funciones son: Permitir a los usuarios compartir el hardware Permitir a los usuarios compartir datos Permitir a los usuarios la planificación de recursos Facilitar la entrada y salida de datos Los sistemas operativos más utilizados son Windows (en sus distintas versiones: Windows 11, 10, 8, 7, Vista, XP...), Linux (distribuciones Debian, Ubuntu, Red Hat, MAX, Linex, Molinex, Guadalinex...) y macOS, Symbian OS y WAP. „ Programas g y aplicaciones Una aplicación informática es un programa diseñado para facilitar un determinado tipo de trabajo, mientras un programa se puede definir como una secuencia de instrucciones que un ordenador es capaz de interpretar y ejecutar. Por ejemplo; la BIOS (el software almacenado en la memoria ROM que hace que el ordenador arranque y funcione) es un programa, como el firmware de los chips. En cambio, un procesador de texto o un reproductor de vídeo son, técnicamente hablando, aplicaciones informáticas. Procesadores de texto Microsoft Word, LibreOffice Writer Hojas de cálculo Microsoft Excel, LibreOffice Calc Ofimática Presentaciones de diapositivas Microsoft PowerPoint, LibreOffice Impress Gestores de bases de datos Microsoft Access, LibreOffice Base Navegadores Mozilla Firefox, Google Chrome, Opera Browser, Safari, Microsoft Edge Diseño gráfico Adobe Photoshop, LibreOffice Draw, Inkscape, GIMP Dibujo técnico Autodesk AutoCAD, QCAD, SketchUp Utilidades Antivirus, compresores (WinZIP, WinRAR, 7-Zip), grabadores (Nero, ImgBurn), etc. Juegos Minecraft, Clash of Clans, World of Warcraft,t Fortnite, FIFA, etc. Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 15 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 15 24/05/2023 15:50:58  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 4. El sistema Linux El ingeniero finlandés Linus Torvalds desarrolló en 1991 el sistema operativo de software libre GNU GPL (General Public License) denominado Linux. Para instalar Linux en nuestro ordenador tenemos dos posibilidades: Descargar desde Internet el núcleo (o kernel) del sistema operativo y luego los progra- mas que se usan habitualmente, lo cual implica grandes conocimientos y muchas horas. Recurrir a una distribución Linux, que ya incorpora junto con el núcleo Linux las bibliote- cas y herramientas del proyecto GNU y de otros muchos proyectos y grupos de software. Así han aparecido las principales distribuciones Linux, que son las que habitualmente descarga e instala un usuario, ya que permiten una fácil instalación e incorporan las aplicaciones más habituales y sus actualizaciones. En Linux se utilizan paquetes, que son archivos comprimidos que permiten instalar, compilar, eliminar y actualizar las aplicaciones. Cada distribución utiliza su tipo de paquetes. Existen varios sistemas de paquetes, pero se utilizan principalmente dos formatos: DEB, que Tux, la mascota de Linux se maneja por APT (Advanced Packaging Tool), y RPM (Red Hat Package Management). Los paquetes DEB se pueden instalar en la distribución Debian y derivados (Ubuntu, MAX, etc.), mientras que los RPM son de la distribución Red Hat y derivados (Fedora, Mandriva, SUSE, etc.). Una de las fortalezas de las distribuciones basadas en Debian es que cuentan con una gran can- tidad de software en sus repositorios y además no hay que ocuparse de actualizarlos a mano: el sistema automáticamente detecta que hay actualizaciones y nos permite con un solo clic que se descarguen, actualicen y configuren todos los programas. „ Características y ventajas j de Linux Las características más importantes del sistema Linux son las siguientes: Los programas están accesibles, de forma libre y gratuita, en un repositorio público col- gado en Internet, aunque también hay aplicaciones de pago. Con estos repositorios se asegura que todos los paquetes se lleven bien juntos, se acoplen y se complementen unos a otros; es una estructura que garantiza un alto grado de seguridad. Es un sistema multitarea, multiproceso, multiplataforma y portable. Es un sistema multiusuario, es decir, permite ser utilizado por varios usuarios simultánea- mente. Es un sistema robusto, estable y rápido. Es un sistema libre, de software gratuito, modificable por cualquier persona y que cuenta con gran cantidad de aplicaciones en Internet. 16 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 16 24/05/2023 15:50:59  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce „ Principales distribuciones Linux Las principales distribuciones Linux son: Distribución Características Red Hat Se caracteriza por la utilización de paquetes RPM (Red Hat Package Manager). Fue una de las distribuciones más populares. Actualmente, algunas de sus dis- tribuciones derivadas más modernas, como Mandrake, Fedora, Red Hat Enter- prise o CentOS, son muy usadas en el ámbito comercial. SUSE Posee una herramienta de instalación, YaST, considerada una de las más sencillas de usar para instalar y administrar Linux. Sigue desarrollándose y está muy orien- tada al mundo empresarial. Debian Lo más característico de esta distribución es que no es propiedad de ninguna empresa, sino que está desarrollada por una amplia comunidad de personas que prestan su trabajo a la idea. Se considera una de las versiones más estables y completas, y es posiblemente la más difundida. Ubuntu Es una distribución muy popular actualmente. Basada en Debian, suele enfocar- se a ordenadores personales, aunque también proporciona soporte para servido- res. Concentra su objetivo en la facilidad y libertad de uso, la fluida instalación y los lanzamientos regulares de actualizaciones. Arch Linux Uno de los grandes pesos pesados del mundo de las distribuciones GNU/Linux. Se trata de una distribución modular en la que hay que instalar desde cero todos los componentes que se quieran añadir, lo que la convierte en una alternativa especialmente centrada en los usuarios más avanzados. En su mayor parte es software libre y de código abierto. En España se han desarrollado muchas distribuciones de Linux auspiciadas por entidades pú- blicas, como universidades y gobiernos de las comunidades autónomas, y están destinadas al ámbito educativo y de infraestructuras. En sus orígenes, la mayoría eran distribuciones basadas en Debian Woody; luego, muchas han adoptado la base de Ubuntu. En este sentido, tenemos: MoLinux Castilla-La Mancha LliureX Comunidad Valenciana Guadalinex Andalucía gnuLinEX Extremadura Trisquel Galicia Linkat Cataluña Asturix Asturias mEDUXa Canarias Vitalinux EDU Aragón MAX Madrid Puedes encontrar un completo árbol de las distribuciones Linux en esta página: commons.wikimedia.org/wiki/File:Linux_Distribution_Timeline.svg Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 17 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 17 24/05/2023 15:51:00  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 5. La estructura física y lógica de la información „ La estructura lógica g del disco duro Desde el punto de visto lógico, los discos duros están formados por un sector de arranque y una o varias particiones. En el sector de arranque se almacenan la tabla de particiones y un pequeño programa de inicialización, llamado también master boot record (MBR). Las particiones actúan como zonas o divisiones del disco. Las razones para crear más de una partición son diversas. Por ejemplo, se pueden crear particiones separadas para datos accesibles por distintos usuarios, o para tener más de un sistema operativo en un mismo disco. También es frecuente hoy en día que el fabricante del equipo incluya una partición destinada a la recupera- ción de fábrica del ordenador. Las particiones pueden ser primarias (contienen el sistema operativo) o extendidas. „ El sistema de ficheros El sistema de archivos es una estructura que permite tanto el almacenamiento de información en una partición como su modificación y recuperación. Para que sea posible trabajar en una partición y sus unidades lógicas es necesario asignarle previamente un sistema de archivos. Esta operación se denomina dar formato. Generalmente, cada sistema de archivos ha sido diseñado para obtener el mejor rendimiento con un sistema operativo concreto o con un soporte espe- cífico. Sistema operativo Sistema de archivos Windows NTFS , FAT32 Linux Ext3, Ext4, ReiserFS macOS HFS, HFS+ Sistemas UNIX UFS, ZFS „ Archivos y carpetas Los archivos o ficheros son conjuntos de información que se almacenan en una unidad de disco y se identifican por un nombre representativo (nombre del fichero). Los archivos pueden ser creados por el usuario, para almacenar los trabajos que realiza, o pueden ser propiedad del sistema operativo o de las aplicaciones del usuario para su propio funcionamiento. Cada archivo es único dentro de su directorio o carpeta y es identificable por un nombre y una extensión que suele indicar su tipo de contenido. Los nombres de archivos están sujetos a unas normas que dependen de cada sistema operativo. Además del nombre y la extensión, el sistema también guarda de cada archivo las fechas de creación, modificación y último acceso. También pueden poseer atributos como “oculto”, “de sistema”, “de solo lectura”, etc. Los archivos pueden clasificarse en dos grandes grupos: ejecutables y no ejecutables. Un archivo ejecutable es un archivo que contiene un programa o aplicación. Las carpetas son contenedores de archivos necesarios para poder organizar la información de forma ordenada y eficiente. Puesto que en una unidad lógica caben miles de archivos, es nece- sario agruparlos en carpetas para poder acceder a ellos adecuadamente. Las carpetas se iden- tifican también por un nombre y forman una estructura arborescente. Partiendo de la propia unidad de disco (directorio raíz), podemos crear una serie de carpetas en un primer nivel; a su vez, de estas carpetas pueden surgir otras (subcarpetas o carpetas hijas del primer nivel), y así sucesivamente, conformando una estructura en forma de árbol. La ruta (en inglés, path) designa la posición exacta de un archivo o una carpeta dentro de la estructura arborescente. Los sistemas operativos utilizan reglas distintas para escribir la ruta de un determinado archivo o carpeta (como puedes ver en la figura). 18 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 18 24/05/2023 15:51:00  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 6. Hardware y software en los dispositivos móviles Los dispositivos móviles tienen una serie de condicionantes que hacen que el hardware y el software de estos dispositivos no sean iguales que en los ordenadores tradicionales: El procesador de un dispositivo móvil tiene menos capacidad, debido a su menor tamaño y a la necesidad de un bajo consumo. Los dispositivos móviles incorporan diferentes sensores, como GPS, cámara, acelerómetro, giroscopio, etc. En los dispositivos móviles se necesita conectividad, es decir, una conexión por Wi-Fi o GPRS, 3G, 4G..., lo que implica un hardware y un sistema operativo específicos que recojan esta particularidad. Las pantallas de los dispositivos móviles son de menor tamaño y de ellas depende la interacción con el usuario (se produce a través de las pantallas táctiles). Las más extendidas son las capacitivas y las led de infrarrojos. Los dispositivos móviles deben tener un bajo consumo de energía, ya que están alimentados por una batería. Pantalla Micro-SIM M rop Micro rocesador Cámara Memoria flash f Altavoz Antena inalámbrica y toma de auriculares Módem 3G o 4G Controlador Batería de Wi-Fi y Memoria Bluetooth flash Micrófono Procesador Administrador st a o de energía Batería „ Sistemas operativos de los dispositivos móviles El sistema operativo es el software que nos permite usar el hardware del teléfono o la tableta y las aplicaciones. Los dos sistemas operativos dominantes en el mercado de dispositivos móviles son: Android. Desarrollado por Google, está basado en Linux y es de código abierto. Es el más extendido. iOS. Es el sistema operativo perteneciente a Apple, para dispositivos como iPod, iPhone, iPad, etc. Destaca por su simplicidad y su fiabilidad. „ Aplicaciones de los dispositivos móviles Los programas o aplicaciones (apps) instalados en los dispositivos móviles deben ser específicos para ellos, ya que, como hemos visto, son muchos los condicionantes espe- ciales (menor consumo, menor tamaño de la pantalla, interacción táctil por pantalla con el usuario, etc.). Las apps pueden ser gratuitas o de pago, algunas necesitan tener conexión a Internet App Store para funcionar, ocupan poco espacio y son fáciles de descargar (se pueden descargar de las tiendas virtuales, como Google Play o App Store, si bien también las hay que son accesibles escribiendo su dirección URL en el navegador del dispositivo). Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 19 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 19 24/05/2023 15:51:01  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 7. Comunicaciones inalámbricas entre dispositivos „ La tecnología g Wi-Fi Wi-Fi es un sistema de envío de datos sobre redes computacionales que utiliza ondas de radio. Está definido en la especificación IEEE 802.11. Los estándares principales son los siguientes (los routers actuales utilizan el 802.11ac): Estándar Frecuencia Velocidad Alcance Tarjeta Wi-Fi IEEE 802.11b 2,4 GHz 11 Mbps 460 m IEEE 802.11g 2,4 GHz 54 Mbps 460 m IEEE 802.11n 2,4 GHz y 5 GHz 600 Mbps 820 m IEEE 802.11ac 2,4 GHz y 5 GHz 1.300 Mbps - Existen varios dispositivos que permiten interconectar elementos Wi-Fi: Los routers Wi-Fi son los que reciben la señal de la línea ofrecida por el operador de telefonía y efectúan el reparto de ésta entre los dispositivos de recepción Wi-Fi que se encuentran a su alcance. Es muy frecuente que el router que suministra el proveedor de Internet en los hogares y en las empresas tenga integrada la tecno- logía Wi-Fi. Los puntos de acceso inalámbricos funcionan a modo de emisores remotos, es decir, se usan en lugares donde la señal Wi-Fi del router no tiene suficiente radio. También se emplean en instalaciones donde el router no posee esta tecnología y se desea disponer de ella. Se desarrollan en la página siguiente. Los portátiles y tabletas actuales suelen llevar incorporada una tarjeta inalámbrica Wi-Fi interna. Pero en determinados ordenadores de sobremesa puede necesitarse un adapta- dor Wi-Fi USB o una tarjeta de red Wi-Fi. Punto de acceso Ubiquiti „ Bluetooth Bluetooth es el nombre común de la especificación IEEE 802.15.1, que define un están- dar global de comunicación inalámbrica mediante un enlace de radiofrecuencia. El canal máximo de comunicación es de 720 Kbps, con rango óptimo de 10 metros (es bastante más lento que la tecnología Wi-Fi). Los dispositivos que normalmente utilizan esta tec- nología se engloban en el sector de la informática personal (véanse las redes PAN), como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, etc. 20 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 20 24/05/2023 15:51:13  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce „ Infrarrojos j La tecnología IrDA (Infrared Data Association) utiliza una técnica de transmisión basa- da en los rayos luminosos que se mueven en el espectro infrarrojo. Soporta una amplia gama de dispositivos eléctricos, informáticos y de comunicaciones. La velocidad oscila entre los 9.600 bps y los 4 Mbps, con una distancia máxima de un metro y con un cono de ángulo estrecho de 30°. „ Telefonía móvil: 4G y 5G Hoy en día, tanto la computación móvil (uso de la informática mientras el usuario está en movimiento o en lugares distintos de su entorno habitual) como la computación ubicua (integración de la informática en el entorno de la persona, con dispositivos móviles que pueden comunicarse de forma inteligente y transparente para el usuario, como alarmas, detectores, etc.) han provocado la necesidad de tener acceso a una cone- xión de datos independientemente de la ubicación del usuario. Todo ello se multiplica exponencialmente por el hecho de que prácticamente todas las personas disponen de smartphones que necesitan un ancho de banda cada vez mayor. La telefonía móvil permite conectar un terminal (generalmente, un teléfono móvil o un módem USB) con una red de comunicaciones para la transmisión de voz o datos. La evolución de la telefonía móvil ha sido la siguiente: Módem USB 1980 1990 2000 2010 2020 1G 2G 3G 4G 5G Generación 1G 2G 3G 4G 5G Velocidad 2,4 Kbps 64 Kbps 2.000 Kbps 100.000 Kbps 5.000.000 Kbps La tecnología 5G nos permite una mayor velocidad, un menor tiempo de respuesta y un mayor número de dispositivos conectados. Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 21 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 21 24/05/2023 15:51:14  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 8. Dispositivos conectados: IoT y wearables Hoy en día, cuando hablamos de los dispositivos conectados utilizamos el término In- ternet de las cosas (en inglés, Internet of Things, IoT), que hace referencia a la interco- nexión de dispositivos físicos a través de una red (privada o Internet) de modo que todos ellos pueden ser visibles e interactuar. Pueden conectarse dispositivos de todo tipo, desde sensores y actuadores mecánicos hasta objetos cotidianos, como las bombillas, las prendas de ropa, el frigorífico..., o tam- bién dispositivos médicos. Las aplicaciones del Internet de las cosas son prácticamente infinitas. Imagínate cómo será el mundo cuando estén interconectados muchos de nuestros electrodomésticos, coches, termostatos, monitores de bebés, detectores de contaminación, alarmas, etc. El uso del Internet de las cosas implica la recopilación de un gran número de datos (el llamado big data), que resultan muy difíciles de procesar con los medios tradicionales pero no tanto con la inteligencia artificial. Esto nos ha llevado a un mundo hiperconec- tado en el que los sistemas digitales pueden grabar, supervisar y ajustar cada interacción con las cosas conectadas. Algunos ejemplos que podemos encontrar hoy en día, en los distintos ámbitos, son: En la agricultura, podemos obtener datos precisos de los períodos de riego, la humedad, el estado de los cultivos, etc., lo cual nos permite regar, sembrar o reco- lectar de forma automática en el momento más apropiado. En el transporte, mediante las etiquetas RFID podemos conocer el contenido de un camión o de un contenedor industrial sin necesidad de abrirlos, simplemente identificando las etiquetas por radiofrecuencia. En la industria podemos tener conectados todos los procesos de la fabricación de productos y controlar en tiempo real su estado. En el campo de la salud, los dispositivos IoT permiten, por ejemplo, que un médi- co controle de forma remota a sus pacientes, o rastrear la salud y seguridad de los empleados en trabajos peligrosos. 22 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 22 24/05/2023 15:51:15  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce Los wearables son dispositivos conectados que podemos llevar puestos, a los que añadimos funciones extra y que conecta- mos con nuestros dispositivos (móvil, ordenador, etc.). Ejemplos: Relojes y pulseras inteligentes que miden la actividad diaria, toman el ritmo cardiaco, nos ayudan a ubicarnos, nos permiten enviar y recibir notificaciones, etc. Gafas con cámaras integradas Medidores de glucosa para los diabéticos, que les permiten suministrarse la dosis necesaria y tener sus mediciones en tiempo real Llaveros con GPS que nos permiten localizar objetos Cinturones, collares o prendas con GPS para localizar personas con Alzheimer, mascotas o niños Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 23 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 23 26/05/2023 23:31:46  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 9. Qué es una red informática Una red informática es un conjunto de ordenadores y dispositivos conectados entre sí con el Emisor-receptor Canal propósito de compartir información y recursos. Los recursos que se pueden compartir en una red son discos duros, impresoras, etc., pero, además, en una red podemos compartir la informa- ción de los programas y los datos que manejan los distintos usuarios. Codificador- En cualquier tipo de red o sistema de comunicación, podemos encontrar un emisor y un recep- descodificador (tarjeta de red) Emisor-receptor tor de la información. Asimismo, la información viaja a través de un canal o línea de comunica- ción. Finalmente, para que la información pueda transmitirse por esa línea, debe someterse a un proceso de codificación (cuando se emite) y descodificación (cuando se recibe). 10. El tamaño de las redes Redes de área local (LAN, local area network) k Su extensión abarca como máximo un edificio. Son las más frecuentes y pueden encontrarse en muchas oficinaas y en instalaciones de todo tipo. Redes de área metropolitana (MAN, metropolitan area network) k Se extienden por toda una ciudad, incluyendo distintos edificios no adyacentes. Redes de área extensa (WAN, wide area network) k Son redes de gran alcance que conectan equipos ubicados en diferentes ciudades o países o que conectan las distintas redes LAN de una empresa u organización. 11. Propiedad de las redes Según su nivel de acceso o privacidad, las redes pueden ser: Redes públicas. Son aquellas redes cuyo acceso es público y global, de modo que permiten a sus usuarios comunicarse y compartir información y servicios dentro del área pública que abarcan. El ejemplo más claro de red pública y de ámbito mundial es Internet. Redes privadas. Son redes restringidas al propietario o a los usuarios que las utilizan (son redes LAN en su mayoría). Cuando en estas redes se utilizan herramientas típicas de la red pública Internet (web, correo electrónico, FTP, etc.) se denominan intranets. Redes privadas virtuales (VPN). Son un tipo de redes resultante de la interconexión de varias redes privadas entre sí, aprovechando la infraestructura de una red global. 12. Redes entre iguales y redes cliente-servidor Las redes pueden organizarse de acuerdo con dos tipos de planteamientos funcionales: Redes cliente-servidor. Un servidor es un ordenador encargado de centralizar o gestionar una determinada función necesaria dentro de una red. Puede compartir la información, aplicar las normas de acceso a dicha información, definir qué usuarios acceden a la red, controlar el acceso a los recursos y dispositivos, etc. El resto de los ordenadores de la red se denominan clientes o terminales y son los puestos desde los cuales los usuarios se comunican con el ordenador central. Redes punto a punto. También se denominan redes peer to peer o redes entre iguales. En este tipo de redes, todos los nodos o estaciones de trabajo se comportan simultáneamente como clientes y como servidores. 24 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 24 24/05/2023 15:51:52  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 13. Las topologías La topología es la forma en que podemos conectar las distintas estaciones de trabajo y los diferentes medios de transmisión (cables y otros dispositivos de la red) dentro de una red de área local. Existen varias topologías, pero todas derivan principal- mente de tres tipos: bus, estrella y anillo. Topología en bus. Las redes comparten un mismo canal, lla- Topología en anillo. La información circula en un sentido mado bus, con un único cable. En desuso. y cada ordenador analiza si él es el destinatario de la infor- mación. Topología en anillo Topología en bus Topología en estrella. Todos los ordenadores están conec- tados a un concentrador (hub) o un conmutador (switch) que transmite la información. Topología en estrella 14. Medios de transmisión alámbricos „ Redes con cable de par trenzado El cable UTP (par trenzado no apantallado) está formado por hilos de cobre o de aluminio en- trelazados entre sí por parejas para evitar interferencias. Según el número de pares de hilos utilizados y la longitud de cada trenzado, se obtienen diferentes velocidades de transmisión, lo que la industria ha denominado categorías (CAT). Puede transmitir a una velocidad de 1 Gbps y la distancia de propagación suele ser de 150 metros. El conector que se utiliza es el RJ45. El cable STP (par trenzado apantallado) es una variante del UTP todavía más segura en la trans- misión. Aumenta la cantidad de aislamiento alrededor del conjunto de cables y su inmunidad al ruido. Es más caro. „ La fibra óptica Un cable de fibra óptica está compuesto por un grupo de hilos muy finos de material transpa- rente (vidrio o material plástico) por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. La fuente de luz puede ser láser o un led. Su ancho de banda es muy grande: con velocidades de 10 Gbps por cada fibra, se pueden llegar a obtener velocidades de transmisión totales de 10 Tbps. Su desventaja principal es el coste. Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 25 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 25 24/05/2023 15:51:53  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 15. Elementos típicos de una red LAN „ La tarjeta j de red Las tarjetas de red son los dispositivos que conectan los ordenadores a la red. Suelen estar inte- gradas en las placas base de los ordenadores actuales. Cada tarjeta de red posee un identificador único denominado dirección MAC (media access control). No puede haber dos tarjetas con la misma dirección MAC. Esto es útil para configurar, entre otras cosas, sistemas de seguridad en las redes (por ejemplo, para identificar qué ordena- dores pueden acceder a una determinada red Wi-Fi). „ El switch o conmutador Es el dispositivo que centraliza el cableado de una red en estrella y constituye, así, su nodo cen- tral de ésta. El switch recibe la señal de una estación de trabajo emisora y la redirige al puerto de la estación destinataria. Un switch también puede actuar como dispositivo de interconexión de redes o segmentos de redes LAN, conectándose a su vez a otro switch. „ El router o enrutador Es un dispositivo de interconexión de redes de computadoras. Su principal función es enca- minar la información por la ruta óptima, es decir, decide la dirección de la red hacia la que va destinada la información. Generalmente, en la mayoría de las redes LAN, el router es el dispositivo que conecta la red a Internet. Es habitual que los routers incorporen tecnología Wi-Fi. 16. El protocolo de comunicación TCP/IP El protocolo de una red es el software necesario para que dos equipos de una red puedan co- municarse entre sí. Como ya sabes, los ordenadores deben hablar el mismo lenguaje para poder compartir la información y los recursos de una red: este lenguaje es el protocolo de comuni- cación. Existen varios tipos de protocolos, pero hoy en día lo normal es que todos los sistemas operati- vos trabajen con el protocolo TCP/IP (transmission control protocol / Internet protocol), ya que éste fue el precursor de la red internet. El protocolo TPC/IP permite que redes heterogéneas y con distintos sistemas operativos pueden comunicarse. Está formado por la unión de dos pro- tocolos: IP y TCP. El protocolo TCP/IP se ocupa exclusivamente del transporte y el control de estos paquetes (data- gramas), ordenándolos de la forma adecuada y emitiendo los posibles errores que se detecten. El protocolo IP se encarga del direccionamiento y los puertos. Cada nodo o elemento de una red (host) debe estar identificado mediante una dirección IP exclusiva. El número IP está formado por un conjunto de cuatro cifras decimales de un byte separadas por puntos, que puede tomar valores entre 0 y 255. Por ejemplo, la siguiente sería una dirección IP: 195.235.165.34. 26 Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 26 24/05/2023 15:51:53  Arquitectura de ordenadores y dispositivos móviles. Software. Redes 1 Conoce 17. Enrutamiento o puerta de enlace Cuando dos ordenadores o hosts se encuentran en la misma red, el direccionamiento de paque- tes es inmediato, pero si no pertenecen a la misma red, los ordenadores deben tener asignada la dirección de un nodo o dispositivo que se encargue de buscar fuera de su red la dirección del destinatario. A la dirección IP de ese nodo la denominamos puerta de enlace o gateway. Normalmente, este cometido de encaminar las direcciones fuera de la red lo realiza un router. Cada vez que el router se conecta a Internet, el proveedor de Internet (ISP) le asigna una direc- ción IP dentro de su red pública. De esta forma, el router trabaja con dos direcciones IP: la IP LAN y la IP WAN. Con la IP LAN (o dirección de puerta de enlace), el router se comunica con el resto de los equipos de la LAN; y con la IP WAN (o dirección IP pública), que es la que el router obtiene del ISP, se comunica con los demás nodos de Internet. 18. Los servicios TCP/IP „ El servicio DNS de resolución de nombres Conocer los distintos números IP de los servidores de Internet resulta demasiado complicado. El DNS (domain name system) es un sistema parecido a la guía de teléfonos. En lugar de recordar direcciones IP complicadas, podemos conectar con un host mediante su nombre DNS, de ma- nera más sencilla. Por ejemplo, podemos referirnos de la misma forma a la dirección 147.96.1.15 que a la direc- ción www.ucm.es. Pero también es necesario resolver los nombres DNS en redes más pequeñas, como las LAN, especialmente si los equipos de éstas están integrados en un dominio. „ Los servicios de puerto fijjo: HTTP, FTP, POP3, etc. TCP/IP da soporte a las aplicaciones más populares de Internet, como transferencia de ficheros (FTP), correo electrónico, Web, etc. Cuando un ordenador desea transmitir datos de alguna de estas aplicaciones a otro, el protocolo TCP/IP transmite la dirección de destino (IP) y el puerto identificativo de la aplicación. A esta combinación de dirección IP más puerto se la llama socket. Algunos puertos correspondientes a las aplicaciones más usadas son: Puerto Protocolo Propósito 80 http Acceso a páginas web 21 ftp Transferencia de ficheros 23 telnet Acceso remoto 110 pop3 Correo entrante 25 smtp Correo saliente Digitalización - 4º ESO - Editorial Donostiarra 27 UNIDAD_1 DIGIT 4 ES0-2023.indd 27 24/05/2023 15:51:54