Sistemas Operativos Monopuesto - Tema 1 - PDF

SISTEMAS OPERATIVOS MONOPUESTO Introducción a los sistemas informáticos 1  / 1. Introducción y contextualización práctica 3 / 2. Concepto de un sistema informático...

SISTEMAS OPERATIVOS MONOPUESTO Introducción a los sistemas informáticos 1  / 1. Introducción y contextualización práctica 3 / 2. Concepto de un sistema informático 4 / 3. La unidad central de proceso (CPU) 4 3.1. Unidad de control 5 3.2. Unidad Aritmético-Lógica (ALU) 5 / 4. Caso práctico 1: “Tipos de procesadores en el mercado” 6 / 5. Memoria 7 5.1. Memoria RAM 7 5.2. Memoria ROM 7 / 6. Buses de comunicación 8 / 7. Unidades de entrada y salida 9 7.1. Periféricos de entrada 10 7.2. Periféricos de salida 10 7.3. Periféricos mixtos (de entrada y salida) 10 / 8. Caso práctico 2: “Comparar unidades de almacenamiento” 11 / 9. Resumen y resolución del caso práctico 12 / 10. Bibliografía 12 © MEDAC ISBN: 978-84-19348-14-2 Reservados todos los derechos. Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción, transmisión y distribución total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, incluidos la reprografía y el tratamiento informático.  Reconocer los componentes de un sistema informático. Describir las características de un sistema informático. Describir las partes de un sistema informático, sus tipos y las aplicaciones. Diferenciar los bloques principales de un sistema informático: software y hardware. Conocer la normativa legal relativa a la informática. / 1. Introducción y contextualización práctica Todo sistema informático se encuentra dividido en dos grandes bloques: el software y el hardware. Será la combinación de ambas partes lo que posibilite al funcionamiento de un sistema informático en su conjunto. En este tema, se llevará a cabo una primera toma de contacto con los componentes y bloques que constituyen un sistema informático. En primer lugar, veremos qué es el hardware, firmware y el software. A continuación, aunque en otras asignaturas se vean en profundidad, aquí será necesario hacer un repaso por los componentes físicos esenciales para el funcionamiento de un sistema informático: CPU, ALU, memoria central, buses de comunicación y las unidades de entrada y salida. Los componentes físicos de cualquier ordenador serán determinantes para la elección, instalación y configuración posterior del software, tanto del sistema operativo como de software de aplicaciones. En el siguiente audio se plantean algunas preguntas de reflexión sobre el uso de este tipo de componentes de diseño Fig.1. Imagen ilustrativa. Audio Intro. “Asesoramiento sobre sistemas informáticos” https://bit.ly/3cq7k3Z  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS Sistemas operativos monopuesto /4 / 2. Concepto de un sistema informático Todo sistema informático se encuentra dividido en dos grandes bloques: el software y el hardware. Será la combinación de ambas partes lo que posibilite el funcionamiento de un sistema informático en su conjunto. El hardware son los elementos físicos que componen un equipo informático. Estos componentes electrónicos requieren de una capa lógica los gobierne, que implemente el funcionamiento y los programas, esto Fig.2. Componentes físicos (hardware) + es el software. lógicos (software). A continuación, se definen algunos de los términos clave para entender el funcionamiento de un sistema informático, y que serán utilizados de forma recurrente a lo largo de toda la asignatura: Hardware: Componentes electrónicos y elementos físicos (microprocesador, teclado, monitor, …). Firmware: Se trata de un programa informático que establece la funcionalidad lógica de bajo nivel, es decir, la encargada de controlar el funcionamiento de los circuitos electrónicos. Estas instrucciones se centran normalmente grabadas en una memoria ROM. Software: Software básico, sistema operativo y Software de aplicaciones, aplicaciones, programas, …. Se describen brevemente a continuación. » El sistema operativo, es el encargado de modelar todo el funcionamiento del equipo, estableciendo los canales de comunicación adecuadas entre el hardware y el usuario. » El software de aplicaciones, son los programas que permiten el tratamiento de la información, como las herramientas incluidas en una suite ofimática: procesadores de texto, hojas de cálculo o gestores de bases de datos, entre otras. Los programas, son un conjunto de instrucciones ordenadas que dan solución a un determinado problema o necesidad. / 3. La unidad central de proceso (CPU) Todo equipo informático va a estar compuesto por multitud de componentes físicos que permiten el funcionamiento esperado de un sistema informático en la actualidad. En este apartado se hace un breve repaso de cada uno de ellos: unidad central de proceso, memoria central, controladores, unidades de entrada y salida, buses y periféricos. La Unidad Central de Proceso (UCP o CPU por sus siglas en inglés) o simplemente, procesador, se encarga de todo el control y ejecución de las instrucciones que se llevan a cabo dentro del ordenador. Se trata de un circuito impreso que actúa como el cerebro del sistema. Se encarga de ejecutar todas las instrucciones de los programas que están en memoria, al mismo tiempo que gestiona las unidades de E/S y los datos asociados. Fig.3. Esquema de la estructura de un ordenador basado en la Se encuentra formada por la Unidad aritmético-lógica arquitectura de Von Neumann. Esquema de funcionamiento de un (ALU o UAL) y la Unidad de control (UC). sistema informático.  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS /5 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional 3.1. Unidad de control La unidad de control, es la encargada de analizar y llevar a cabo las instrucciones en lenguaje máquina que generan los programas. Para ello, también debe producir las diferentes señales de control necesarias. La unidad de control está formada por los siguientes componentes: Contador de programa (PC): Almacena la dirección de memoria con la próxima instrucción que se debe ejecutar. Registro de instrucción (IR): Contiene el código de la instrucción actual que se debe ejecutar. Registros de propósito general: Son pequeñas zonas de memoria con rápido acceso, para almacenar datos a los que se debe acceder de manera inmediata. Reloj: Se encarga de generar impulsos eléctricos para marcar el ritmo de ejecución de cada instrucción, y, por tanto, de marcar los tiempos de trabajo de cada componente involucrado, con el fin de sincronizar y secuenciar el sistema en conjunto. Su frecuencia se mide en Herzios (Hz). 3.2. Unidad Aritmético-Lógica (ALU) La Unidad Aritmético-lógica, es la encargada de ejecutar las operaciones sobre la información, operaciones de tipo aritmético y lógico (como operaciones NOT, AND, OR y XOR, en las que sólo se emplean habitualmente unos y ceros). A. De tipo aritmético: Sumas, restas, multiplicaciones o divisiones B. De tipo lógico: Pperaciones NOT, AND, OR y XOR, en las que sólo se emplean habitualmente unos y ceros (es decir, de tipo binario). Los bloques que componen la Unidad Aritmético-Lógica se describen a continuación: Circuitos digitales: Llevan a cabo las operaciones que solicita la unidad de control. Registros de operandos o registros de entrada: Guardan los operandos que se utilizarán en las operaciones a realizar. Registro de resultado o acumulador: Devuelve el resultado a través del bus de datos. Registro de estado: Se encarga de aportar información sobre el estado de la última operación. Los datos que recibe la ALU incluyen el tipo de operación a realizar, y el signo de la operación. Fig.4. Unidad aritmético lógica de 4 bits.  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS Sistemas operativos monopuesto /6 Por ejemplo, si se pretende realizar una resta, es necesario indicar el código correspondiente a la misma, así como las direcciones de memoria en las que se almacenan los operandos (registros operando 1 y 2). BUS DE DATOS Registro Registro operando 1 operando 2 BUS DE Registro de ALU CONTROL estado Registro de resultado BUS DE DATOS Fig.5. Partes que componen la ALU. / 4. Caso práctico 1: “Tipos de procesadores en el mercado” Planteamiento: El procesador o CPU es la unidad esencial de funcionamiento de un equipo informático, es el cerebro del ordenador. Pero no existe un único tipo, ni una única marca. ¿Qué tipos de CPU encontramos en la actualidad? ¿Qué ventajas y desventajas presentan cada uno de ellos? Nudo: Para poder dar respuesta a las preguntas planteadas es necesario realizar una labor de investigación. Gracias a esta podemos conocer los tipos de procesadores más comunes en la actualidad, y analizar sus características, lo que nos permitirá adecuar la selección final. Intel: https://www.intel.es/content/www/es/es/products/details/processors/core.html AMD: https://www.amd.com/es/products/processors-desktop Desenlace: Como respuesta a las cuestiones planteadas: ¿Qué tipos de CPU encontramos en la actualidad? Los dos tipos de procesadores más comunes son Intel y AMD. ¿Qué ventajas y desventajas presentan cada uno de ellos? INTEL AMD Los nuevos procesadores han Potencia Gran potencia de mononúcleo. mejorado su potencia con respecto a versiones anteriores. Los nuevos AMD Ryzen presentan Son muy eficientes en Eficiencia energética mejor equilibrio entre potencia y términos de energía. consumo que versiones previas. Precios más bajos que Intel. Coste Precios elevados. Muy buena calidad/precio. Tipos i3, i5, i7 e i 9. Ryzen Núcleos Menor número de núcleos. Mayor número de núcleos. Tabla 1. Tipos de procesadores.  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS /7 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional / 5. Memoria 5.1. Memoria RAM La memoria central o RAM (Memoria de Acceso Aleatorio), es considerada la memoria principal del ordenador, por lo que su capacidad tiene gran influencia sobre el rendimiento del mismo. Se trata de memorias de acceso rápido, por lo que se utilizan habitualmente para ejecutar los programas, así como para almacenar los datos que intervienen en las instrucciones de los mismos. En la actualidad, la capacidad de la memoria RAM se mide en orden de GB. Es habitual que en los equipos habituales su capacidad oscile entre los 8GB y los 16GB. La memoria RAM está formando por los siguientes elementos: Registro de direcciones: Almacena la dirección de memoria de la posición a la que se va a acceder. Registro de intercambio: Almacena y recibe los datos que participan en los procesos de escritura o lectura respectivamente. Selector de memoria: Ante las operaciones de lectura o escritura se activa y establece la conexión entre el registro intercambio y la posición de memoria a la que se accede. Señales de control: Se utilizan para indicar si la operación que se va a ejecutar es de escritura o de tipo lectura. Las memorias RAM quedan clasificadas en dos grandes grupos: A. Static RAM (SRAM): RAM estática, debido a que mantiene constantemente la información. Tienen menos capacidad, pero son más rápidas y son más pequeñas que las DRAM, por lo que se suelen utilizar como memoria caché en los procesadores. B. Dynamic RAM (DRAM): Se utilizaba como RAM en los ordenadores. Al contrario que la SRAM, los datos que contienen se reescriben periódicamente. Son más baratas y con mayor capacidad, pero más lentas. En la actualidad existen nuevos modelos: Synchronous Dynamic RAM (SDRAM), Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM (SDR SDRAM), Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM (DDR SDRAM), Graphics Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM (GDDR SDRAM). Video 1. “Cómo consultar la memoria RAM de un ordenador” https://bit.ly/3x1kvjD 5.2. Memoria ROM Por otro lado, la memoria ROM (Memoria de Solo Lectura) es la encargada de almacenar todos los programas necesarios para el proceso de arranque y carga de un equipo informático. Es una memoria no volátil. Este tipo de memoria, permite, entre otras cosas, el funcionamiento de la BIOS (Basic Input Output System). Se trata del software encargado de cargar el sistema operativo durante el proceso de arranque del ordenador en la RAM. Esta memoria es la encargada de almacenar la BIOS, puesto que los datos contenidos en ella no se pierdan cuando se apaga el equipo.  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS Sistemas operativos monopuesto /8 En primer lugar, el BIOS se montó sobre memoria ROM, por lo que se podía realizar ningún cambio en las mismas tras su montaje. Después se utilizó la memoria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), que permiten modificar su configuración, aunque esto no resulte especialmente sencillo. Las memorias ROM pueden ser de diferentes tipos: PROM, EPROM, EEPROM, etc. Fig.6. Tipos de memoria ROM. Fuente: https://internetpasoapaso.com/memoria-solo-lectura/. TIPO ROM CARACTERÍSTICAS Es permanente, una vez que se ha guardado algo no se puede modificar. PROM. Programmable Memoria digital que se programa una sola vez. Tiene un fusible que se Read-Only Memory quema tras ser programada impidiendo que vuelva a ser programada. EPROM. Erasable Programmable Se diferencia de la PROM en que puede ser borrada mediante luz ultravioleta. Read-Only Memory Programable y borrable eléctricamente. Esta memoria EEPROM. Electrically Erasable permite ser reprogramada, lo que permite escribir y borrar Programmable Read-Only Memory su contenido en función de las necesidades. En la que se basan los pen drive, tarjetas SD o discos SSD. Tabla 2. Tipos de memoria ROM. / 6. Buses de comunicación Los buses permiten la comunicación entre los diferentes bloques de un ordenador o de cualquier otro dispositivo con el que se desea realizar algún tipo de conexión. Los buses son los encargados de transportar las señales que representan los bits de información. Desde un punto de vista físico, los buses están formados por un conjunto de líneas metálicas o físicas, que posibilitan la transmisión de la información entre el resto de los componentes físicos de un ordenador. En los extremos del cable bus se sitúan los conectores para la conexión con los componentes origen y destino. Los buses quedan clasificados en “bus en serie” o “bus en paralelo” de la siguiente forma: Bus en serie: Los datos se envían en paquetes de un solo bit, es decir, bit a bit, para posteriormente reconstruirse a través de rutinas de software. Bus en paralelo: Los bits se envían al mismo tiempo, a través de varías líneas. El bus de datos o el de direcciones son buses en paralelo.  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS /9 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional Podemos diferenciar varios tipos de buses, en función de su cometido y función. Cada uno de ellos tiene características diferenciadas, al tener distintos objetivos y cumplir diferentes funciones: BUS FUNCIÓN Realiza la comunicación entre CPU y otras unidades a través de líneas eléctricas (1 por bit). Bus de datos Su velocidad se mide en Herzios, igual que los ciclos de reloj. Buses paralelos. Operaciones de lectura y escritura. Comunica la memoria con la CPU para transportar direcciones, de manera. sincronizada con el de datos. Cuantos más bits soporte este bus, mayor volumen de Bus de direcciones memoria se podrá acceder directamente. Bus paralelos. Almacena la información del dispositivo con el que se debe establecer la comunicación Se utiliza para gestionar y coordinar el resto de bloques del ordenador. Bus de control Almacena los comandos que van a ser ejecutados desde la CPU. Tabla 3. Tipos de buses. / 7. Unidades de entrada y salida La unidad de entrada y salida proporciona la interfaz de comunicación y control con los dispositivos externos al ordenador, a los que se les conoce habitualmente como periféricos. Los periféricos son utilizados para diferentes fines: Introducir información en el ordenador: teclado. Extraer información del ordenador: monitor. Como memoria auxiliar: discos duros. La conexión de los periféricos con el ordenador se lleva a cabo a través los puertos o conectores externos, será la unidad de entrada y salida la que se encargue de gestionar la conexión de todo el sistema. En algunos casos será necesario configurar el equipo para que reconozca ciertos periféricos, para ello utilizaremos unos programas denominados, drivers o controladores. Tras la conexión, la comunicación de los componentes del sistema informático con los periféricos se hace a través de buses, ya sea en serie (USB o COM) o en paralelo (LPT), que se conectan con el bus del sistema a través de interfaces, o bien de manera directa. Es posible clasificar a los periféricos en tres grandes grupos: periféricos de entrada, periféricos de salida y periféricos mixtos. Los veremos a continuación.  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS Sistemas operativos monopuesto / 10 7.1. Periféricos de entrada Los periféricos de entrada, permiten introducir datos al ordenador, es decir, permiten la comunicación desde el usuario hacia el equipo informático. Algunos de los periféricos de entrada son: teclado, el ratón, el lápiz óptico, cámara, escáner, entre otros. Teclado: Permite al usuario comunicarse con el equipo a través de la pulsación de sus teclas, cada una de estas es una especie de interruptor que son interpretados por el sistema operativo como una letra, número o cualquier otro tipo de carácter. La conexión con el equipo, puede realizarse a través del puerto USB o de forma inalámbrica a través de Bluetooth. Ratón: A través del puntero de selección permite al usuario desplazarse por la pantalla y seleccionar o pulsar sobre cualquier elemento. Al igual que el teclado permite la conexión alambica (USB) e inalámbrica (Bluetooth). Fig.7. Teclado y ratón. Periféricos de entrada. 7.2. Periféricos de salida Los periféricos de salida obtienen información del equipo y se la muestran al usuario. Algunos de los periféricos de salida más habituales son: monitor, impresoras, altavoces, etc. Monitor: Permite visualizar los datos a través de una interfaz gráfica. La conexión de un monitor con el resto del equipo utilizar conectores de tipo HDMI, DVI o VGA. Impresoras: Permite obtener copias físicas de los documentos digitales, que previamente han sido visualizados en un ordenador. En este caso pueden estar conectadas de forma alámbrica (USB) o de forma inalámbrica a través de la red WiFi. Altavoces: Permiten reproducir sonidos. Mientras que el monitor muestra a los usuarios elementos visuales, los altavoces serán los periféricos que permiten la reproducción de audio. De nuevo, pueden conectarse alámbrica o inalámbricamente. Fig.8. El monitor es un periférico de salida. 7.3. Periféricos mixtos (de entrada y salida) Los periféricos de entrada / salida o mixtos, como su nombre indica, se pueden utilizar para ambas funciones al mismo tiempo. Multifunción impresora/escáner: Este periférico puede recibir información del ordenador para ser impresa, pero también puede llevar a cabo la comunicación inversa, desde el equipo al ordenador, por ejemplo, si se digitaliza una imagen para ser editada en algún programa de edición e imagen. El adaptador de red: Ya sea cableado o inalámbrico, se trata de un periférico mixto. Fig.9. La tarjeta inalámbrica es un periférico mixto. Audio 1. “Ampliación de periféricos” https://bit.ly/3fYekr9  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS / 11 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional / 8. Caso práctico 2: “Comparar unidades de almacenamiento” Planteamiento: Las unidades de almacenamiento son recursos clave en el diseño y puesta en funcionamiento de todo equipo informático, hablamos de los discos duros. Podemos encontrar discos duros mecánicos (HDD) y discos duros de estados sólido (SSD). Los primeros quedan compuestos por piezas mecánicos que a través del magnetismo grabar los datos, mientras que los SSD almacén los datos en microchips con memoria flash que están interconectadas entre sí. Se pide buscar información sobre ambos tipos de discos duros y completar la siguiente tabla: TIPO HDD SSD Capacidad Coste Consumo Ruido Tiempo de arranque Tabla 4. Tabla Caso Práctico 2 incompleta. Nudo: Algunos enlaces útiles para investigar sobre estos tipos de discos duros: https://www.xataka.com/basics/hdd-vs-ssd https://www.guiahardware.es/discos-duros-mecanicos-hdd/ Desenlace: Tras buscar y analizar las características de los tipos de disco duros solicitados, la tabla resultado quedaría de la siguiente forma: TIPO HDD SSD Capacidad 1TB a 10TB. 256 GB a 4TB. Coste Más baratos. Más caros. Consumo Mayor consumo. Menor consumo. Son más ruidosos puesto Son menos ruidosos ya que no Ruido que al ser mecánicos tienen tienen elementos móviles. elementos móviles. Tiempo de arranque 16 segundos. 7 segundos. Tabla 5. Tabla Caso Práctico 2 completa.  TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS INFORMÁTICOS Sistemas operativos monopuesto / 12 / 9. Resumen y resolución del caso práctico En este primer capítulo se han visto las partes principales de un sistema informático, así como los componentes característicos de cada una de las partes hardware implicadas: el procesador, la unidad aritmético-lógica, los buses de comunicas, o los periféricos, entre otros. Sistema informático Hardware Buses Periféricos Hardware CPU de Datos Unidad E/S Software ALU de Direcciones Entrada Sistema Operativo RAM de Control Salida ROM Mixtos Fig.10. Diagrama resumen del tema. Video 2. “Análisis real resumen del hardware de un ordenador” https://bit.ly/3z7ezYd Resolución del caso práctico inicial Tras completar este primer capítulo podemos dar respuesta a las preguntas planteadas en el caso práctico inicial. En primer lugar, los componentes principales internos del ordenador serán el procesador (que queda constituido por la unidad central de proceso y la aritmético-lógica), y, por otro lado, la memoria central. En la actualidad, los procesadores que ocupan la mayor parte del mercado son los del Intel y los AMD. La última versión de AMD presenta unas prestaciones muy competentes con respecto a los de Intel, y son más económicos. Es conveniente realizar un presupuesto con ambos tipos para tomar la mejor decisión entre uno u otro. Además, del ordenador serán imprescindibles otros periféricos, de los contrario no se podrá establecer ninguna comunicación con el equipo: Teclado y ratón, como periféricos de entrada clave. Monitor (y altavoces si no están incorporados en el monitor), como periféricos de salida. Tarjeta de red. Impresoras. / 10. Bibliografía Alegre, P. (2019). Sistemas operativos monopuesto (2.a ed.). España, Madrid: Paraninfo.