Resumen de las clases dictadas el 28
de octubre y el 4 de noviembre
1.
INTRODUCCIÓN
Además de la variedad de sistemas operativos que han sido creados, a lo largo del tiempo, ya que cada vez son más los dispositivos que tienen integrado un sistema operativo.
2.
OBJETIVO
Instruirse en el tema de los dispositivos
del hardware de computadora y los tipos de sistemas operativos más conocidos.
3.
MARCO TEÓRICO
3.1 REVISIÓN DEL HARDWARE DEL
COMPUTADORA
Un sistema operativo está profundamente
relacionado con el hardware de la computadora, ya que este administra los
recursos y el conjunto de instrucciones que debe ejecutar.
Por tal motivo se revisará como se
encuentra el hardware de las computadoras personales.
3.1.1 PROCESADORES
En los sistemas informáticos, el procesador
es el complejo de circuitos que configuran la unidad central de procesamiento o
CPU, es decir el “cerebro” del sistema.
El funcionamiento de un procesador se da a
través de distintos pasos que combinan instrucciones almacenada en códigos binarios.
Primero el sistema lee la instrucción desde la memoria, luego la envía al
codificador, el cual determina de que se trata y cuáles son los pasos a seguir, posteriormente
se ejecuta la instrucción y los resultados son almacenados en la memoria o en
los registros
Además de los registros generales, la
mayoría de las computadoras tienen varios registros especiales que están
visibles para el programador.
- · Uno de ellos es el contador de programa (program counter), el cual contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a obtener.
- · Otro registro es el apuntador de pila (stack pointer), el cual apunta a la parte superior de la pila (stack) actual en la memoria. La pila contiene un conjunto de valores por cada procedimiento al que se ha entrado pero del que todavía no se ha salido.
- · Otro de los registros es PSW (Program Status Word; Palabra de estado del programa). Este registro contiene los bits de código de condición, que se asignan cada vez que se ejecutan las instrucciones de comparación, la prioridad de la CPU, el modo (usuario o kernel) y varios otros bits de control.
Figura 1. Procesador
3.1.1
MEMORIA
Es el segundo componente importante en
cualquier computadora. Esta debe ser en
extremo rápida, de gran tamaño y muy económica. Pero en la realidad ninguna
tecnología cumple con todos estos objetivos, por lo que se adopta una solución
distinta, la jerarquía de capas de memoria.
Las capas superiores tienen mayor
velocidad, menor capacidad y mayor costo por bit que las capas inferiores.
Figura 2. Jerarquía de memoria.
- · Registros: La capa superior consiste en los registros internos de la CPU. Están compuestos del mismo material que la CPU y, por ende, tienen la misma rapidez. En consecuencia no hay retraso a la hora de utilizarlos.
- · Memoria Caché: Es un tipo de memoria especial interna, su cometido es almacenar una serie de instrucciones a las que el procesador accede frecuentemente. Muchas CPU tienen dos memorias caches. Cache L1 o de primer nivel que es más pequeña, rápida y cercana al dispositivo de procesamiento; la Cache L2 o de segundo nivel es más grande y lenta.
- · Memoria Principal: Es el caballo de batalla del sistema de memorias, por lo general se la conoce como RAM (Random Access Memory). En esta se almacena toda la información que está siendo usada en el momento, esta información es renovada continuamente; cuando la computadora se reinicia o se apaga, toda la información contenida se pierde, por eso es llamada memoria volátil.
3.1.3 DISCOS
El almacenamiento en disco es dos órdenes de
magnitud más económica que la RAM por cada bit, y a menudo es dos órdenes de
magnitud más grande en tamaño también. El único problema es que el tiempo para
acceder en forma aleatoria a los datos en ella es de cerca de tres órdenes de
magnitud más lento. Esta baja velocidad se debe al hecho de que un disco es un
dispositivo mecánico.
Figura 4. Partes del disco.
Hay varios conceptos para referirse a zonas
del disco:
● Plato: cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.
● Cara: cada uno de los dos lados de un plato.
● Cabeza: número de cabezales.
● Pistas: una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde
exterior.
● Cilindro: conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están
alineadas verticalmente (una de cada cara).
● Sector: cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es
fijo, siendo el estándar actual 512 bytes, aunque próximamente serán 4 KiB.
3.1.4 CINTAS
Este medio se utiliza con frecuencia como
respaldo para el almacenamiento en disco y para contener conjuntos de datos muy
extensos, esta graba los datos en pistas
sobre una banda de material magnético.
La gran ventaja de la cinta es que es en
extremo económica por bit y removible, lo cual es importante para las cintas de
respaldo que se deben almacenar fuera del sitio de trabajo para que puedan
sobrevivir a los incendios, inundaciones, terremotos y otros desastres.
Figura 5. Cintas
3.1.5 DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y
SALIDA
Una de las funciones principales de un
Sistema Operativo es el control de los dispositivos de entrada y salida de la
computadora.
Principales funciones relacionadas son:
- Enviar comando a los dispositivos
- controlar errores
- Detectar las interrupciones
- entre los dispositivos y el resto del sistema
La CPU y la memoria no son los únicos
recursos que el sistema operativo debe administrar. Los dispositivos de E/S
también interactúan mucho con el sistema operativo. Los dispositivos de E/S
generalmente constan de dos partes: un dispositivo controlador y el dispositivo
en sí.
El dispositivo controlador es un chip o
conjunto de chips que controla físicamente el dispositivo. Por ejemplo, acepta
los comandos del sistema operativo para leer datos del dispositivo y los lleva
a cabo.
En muchos casos, el control del dispositivo
es muy complicado y detallado, por lo que el trabajo del chip o los chips del
dispositivo controlador es presentar una interfaz más simple al sistema
operativo (pero de todas formas sigue siendo muy complejo).
La otra pieza es el dispositivo en sí. Los
dispositivos tienen interfaces bastante simples, debido a que no pueden hacer
mucho y también para estandarizarlas. Esto último es necesario de manera que
cualquier dispositivo controlador de disco IDE pueda manejar cualquier disco
IDE, por ejemplo. IDE (Integrated Drive Electronics) significa Electrónica
de unidades integradas y es el tipo estándar de disco en muchas
computadoras. Como la interfaz real del dispositivo está oculta detrás del
dispositivo controlador, todo lo que el sistema operativo ve es la interfaz
para el dispositivo controlador, que puede ser bastante distinta de la interfaz
para el dispositivo.
3.1.6 BUSES
A medida que los procesadores y las
memorias se hicieron más veloces, la habilidad de un solo bus (y sin duda, del
bus de la IBM PC) de manejar todo el tráfico se forzaba hasta el punto de
quiebre. Algo tenía que ceder. Como resultado se agregaron más buses, tanto
para dispositivos de E/S más rápidos como para el tráfico entre la CPU y la
memoria.
Como consecuencia de esta evolución, un
sistema Pentium extenso tiene actualmente un sistema que contiene ocho buses
(caché, local, memoria, PCI, SCSI, USB, IDE e ISA), cada uno con una velocidad
de transferencia y función distintas. El sistema operativo debe estar al tanto
de todos estos buses para su configuración y administración. Los dos buses
principales son el bus ISA (Industry
Standard Architecture, Arquitectura estándar de la industria) de la IBM
PC original y su sucesor, el
bus PCI (Peripheral Component
Interconnect, Interconexión de componentes periféricos).
3.1.7 ARRANQUE DE COMPUTADORA
En forma muy breve, el proceso de arranque del Pentium es el
siguiente. Cada Pentium contiene una tarjeta madre (motherboard). En la
tarjeta madre o padre hay un programa conocido como BIOS (Basic Input
Output System, Sistema básico de entrada y salida) del sistema. El BIOS
contiene software de E/S de bajo nivel, incluyendo procedimientos para leer el
teclado, escribir en la pantalla y realizar operaciones de E/S de disco, entre
otras cosas. Hoy en día está contenido en una RAM tipo flash que es no volátil
pero el sistema operativo puede actualizarla cuando se encuentran errores en el
BIOS.
Cuando se arranca la computadora, el BIOS inicia su
ejecución. Primero hace pruebas para ver cuánta RAM hay instalada y si el
teclado junto con otros dispositivos básicos están instalados y responden en
forma correcta. Empieza explorando los buses ISA y PCI para detectar todos los
dispositivos conectados a ellos. Comúnmente, algunos de estos dispositivos son heredados
(es decir, se diseñaron antes de inventar la tecnología plug and play),
además de tener valores fijos para los niveles de interrupciones y las
direcciones de E/S (que posiblemente se establecen mediante interruptores o
puentes en la tarjeta de E/S, pero que el sistema operativo no puede
modificar). Estos dispositivos se registran; y los dispositivos plug and play
también. Si los dispositivos presentes son distintos de los que había cuando el
sistema se inició por última vez, se configuran los nuevos dispositivos.
Después, el BIOS determina el dispositivo de arranque, para
lo cual prueba una lista de dispositivos almacenada en la memoria CMOS. El
usuario puede cambiar esta lista si entra a un programa de configuración del
BIOS, justo después de iniciar el sistema. Por lo general, se hace un intento
por arrancar del disco flexible, si hay uno presente. Si eso falla, se hace una
consulta a la unidad de CD-ROM para ver si contiene un CD-ROM que se pueda
arrancar. Si no hay disco flexible ni CD-ROM que puedan iniciarse, el sistema
se arranca desde el disco duro. El primer sector del dispositivo de arranque se
lee y se coloca en la memoria, para luego ejecutarse. Este sector contiene un programa
que por lo general examina la tabla de particiones al final del sector de
arranque, para determinar qué partición está activa. Después se lee un cargador
de arranque secundario de esa partición. Este cargador lee el sistema operativo
de la partición activa y lo inicia.
Luego, el sistema operativo consulta al BIOS para obtener la
información de configuración. Para cada dispositivo, comprueba si tiene el
driver correspondiente. De no ser así, pide al usuario que inserte un CD-ROM
que contenga el driver (suministrado por el fabricante del dispositivo). Una
vez que tiene los drivers de todos los dispositivos, el sistema operativo los
carga en el kernel. Después inicializa sus tablas, crea los procesos de segundo
plano que se requieran, y arranca un programa de inicio de sesión o GUI.
3.2 TIPOS DE SISTEMAS OPERATIVOS
Los sistemas operativos fueron creados desde hace muchos
años, desde entonces se han desarrollado una gran variedad de ellos; a
continuación describiremos algunos de estos.
3.2.1 SISTEMA OPERATIVO DE MAINFRAME
Los sistemas operativos para las mainframes están
profundamente orientados hacia el procesamiento de muchos trabajos a la vez, de
los cuales la mayor parte requiere muchas operaciones de E/S.
Por lo general ofrecen tres tipos de servicios: procesamiento
por lotes, procesamiento de transacciones y tiempo compartido. Un sistema de
procesamiento por lotes procesa los trabajos de rutina sin que haya un usuario
interactivo presente.
3.2.2
SISTEMA OPERATIVO DE SERVIDORES
En el siguiente nivel hacia abajo se encuentran los sistemas
operativos de servidores. Se ejecutan en servidores, que son computadoras
personales muy grandes, estaciones de trabajo o incluso mainframes.
Dan servicio a varios usuarios a la vez a través de una red
y les permiten compartir los recursos de hardware y de software. Los servidores
pueden proporcionar servicio de impresión, de archivos o Web. Los proveedores
de Internet operan muchos equipos servidores para dar soporte a sus clientes y
los sitios Web utilizan servidores para almacenar las páginas Web y hacerse
cargo de las peticiones entrantes. Algunos sistemas operativos de servidores
comunes son Solaris, FreeBSD, Linux y Windows Server 200x.
3.2.3 SISTEMA OPERATIVO DE MULTIPROCESADORES
Una manera cada vez más común de obtener poder de cómputo de
las grandes ligas es conectar varias CPU en un solo sistema. Dependiendo de la
exactitud con la que se conecten y de lo que se comparta, estos sistemas se
conocen como computadoras en paralelo, multicomputadoras o multiprocesadores.
Necesitan sistemas operativos especiales, pero a menudo son
variaciones de los sistemas operativos de servidores con características
especiales para la comunicación, conectividad y consistencia.
3.2.4
SISTEMA OPERATIVO DE COMPUTADORAS PERSONALES
La siguiente categoría es el sistema operativo de
computadora personal. Todos los sistemas operativos modernos soportan la
multiprogramación, con frecuencia se inician docenas de programas al momento de
arrancar el sistema. Su trabajo es proporcionar buen soporte para un solo
usuario. Se utilizan ampliamente para el procesamiento de texto, las hojas de
cálculo y el acceso a Internet. Algunos ejemplos comunes son Linux, FreeBSD,
Windows Vista y el sistema operativo Macintosh.
Los sistemas operativos de computadora personal son tan
conocidos que tal vez no sea necesario presentarlos con mucho detalle. De
hecho, muchas personas ni siquiera están conscientes de que existen otros tipos
de sistemas operativos.
3.2.5
SISTEMAS OPERATIVOS DE COMPUTADORAS DE BOLSILLO
Continuando con los sistemas cada vez más pequeños, llegamos
a las computadoras de bolsillo (handheld). Una computadora de bolsillo o
PDA (Personal Digital Assitant, Asistente personal digital) es
una computadora que cabe en los bolsillos y realiza una pequeña variedad de
funciones, como libreta de direcciones electrónica y bloc de notas. Además, hay
muchos teléfonos celulares muy similares a los PDAs, con la excepción de su
teclado y pantalla. En efecto, los PDAs y los teléfonos celulares se han
fusionado en esencia y sus principales diferencias se observan en el tamaño, el
peso y la interfaz de usuario.
3.2.6
SISTEMAS OPERATIVOS INTEGRADOS
Los sistemas integrados (embedded), que también se
conocen como incrustados o embebidos, operan en las computadoras que controlan
dispositivos que no se consideran generalmente como computadoras, ya que no
aceptan software instalado por el usuario. Por ejemplo: las televisiones, los
autos, los grabadores de DVD, los teléfonos celulares y los reproductores de
MP3.
3.2.7
SISTEMAS OPERATIVOS DE NODOS SENSORES
Las redes de pequeños nodos sensores se están implementando
para varios fines. Estos nodos son pequeñas computadoras que se comunican entre
sí con una estación base, mediante el uso de comunicación inalámbrica. Estas
redes de sensores se utilizan para proteger los perímetros de los edificios,
resguardar las fronteras nacionales, detectar incendios en bosques, medir la
temperatura y la precipitación para el pronóstico del tiempo, deducir
información acerca del movimiento de los enemigos en los campos de batalla y
mucho más.
1.2.8
SISTEMAS OPERATIVOS EN TIEMPO REAL
Otro tipo de sistema operativo es el sistema en tiempo real.
Estos sistemas se caracterizan por tener el tiempo como un parámetro clave. Por
ejemplo, en los sistemas de control de procesos industriales, las computadoras
en tiempo real tienen que recolectar datos acerca del proceso de producción y
utilizarlos para controlar las máquinas en la fábrica.
3.2.9
SISTEMAS OPERATIVOS DE TARJETAS INTELIGENTES
Los sistemas operativos más pequeños operan en las tarjetas
inteligentes, que son dispositivos del tamaño de una tarjeta de crédito que
contienen un chip de CPU. Tienen varias severas restricciones de poder de
procesamiento y memoria. Algunas se energizan mediante contactos en el lector
en el que se insertan, pero las tarjetas inteligentes sin contactos se
energizan mediante inducción, lo cual limita en forma considerable las cosas
que pueden hacer. Algunos sistemas de este tipo pueden realizar una sola
función, como pagos electrónicos; otros pueden llevar a cabo varias funciones
en la misma tarjeta inteligente. A menudo éstos son sistemas propietarios.
4. CONCLUSIÓN
Todas las partes de hardware de computadora son importantes,
ya que sin estas su funcionamiento no sería el correcto, pero sin duda el más
importe es el CPU o procesador, ya hace de motor de todo los procesos
informáticos. Además se encargar de administrar a los procesos de entrada y salida.
Pero no podemos olvidarnos de Sistema operativo que es quien hace de interfaz
para todos estos procesos.
En la actualidad existen muchos sistemas operativos, la
mayoría de dispositivos que adquirimos ya vienen con un sistema operativo
integrado.
5. BIBLIOGRAFÍA
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almacenamiento.
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Villar, A. 2006. Introducción a
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