SISTEMAS OPERATIVOS

Definiciones: Un Sistema Operativo (SO) es el software básico de una computadora

que provee una interfaz entre el resto de programas del ordenador, los dispositivos hardware y el usuario.

Las funciones básicas del Sistema Operativo son administrar los recursos de la máquina, coordinar el hardware y organizar archivos y directorios en dispositivos de almacenamiento.

Los Sistemas Operativos más utilizados son Dos, Windows, Linux y Mac. Algunos SO ya vienen con un navegador integrado, como Windows que trae el navegador Internet Explorer.

El sistema operativo es el programa (o software) más importante de un ordenador. Para que funcionen los otros programas, cada ordenador de uso general debe tener un sistema operativo. Los sistemas operativos realizan tareas básicas, tales como reconocimiento de la conexión del teclado, enviar la información a la pantalla, no perder de vista archivos y directorios en el disco, y controlar los dispositivos periféricos tales como impresoras, escáner, etc.

En sistemas grandes, el sistema operativo tiene incluso mayor responsabilidad y poder, es como un policía de tráfico, se asegura de que los programas y usuarios que están funcionando al mismo tiempo no interfieran entre ellos. El sistema operativo también es responsable de la seguridad, asegurándose de que los usuarios no autorizados no tengan acceso al sistema.

Clasificación de los Sistemas OperativosLos sistemas operativos pueden ser clasificados de la siguiente forma: Multiusuario: Permite que dos o más usuarios utilicen sus programas al

mismo tiempo. Algunos sistemas operativos permiten a centenares o millares de usuarios al mismo tiempo.

Multiprocesador: soporta el abrir un mismo programa en más de una CPU.

Multitarea: Permite que varios programas se ejecuten al mismo tiempo. Tiempo Real: Responde a las entradas inmediatamente. Los sistemas

operativos como DOS y UNIX, no funcionan en tiempo real.

Sistema Distribuido vs. Sistema Centralizado.Mucho se ha hablado de los sistemas distribuidos y sin nombrar a los

sistemas centralizados. Los Sistemas centralizados vienen de los orígenes de las computadoras. Ya sea como una idea o como una realidad en las diferentes etapas evolutivas de las computadoras, el sistema centralizado era el único hasta los años 70, luego a mediados de los 70 y finales de los 90 aparecen los primeros sistemas distribuidos. Para entender un poco estos sistemas, se dan a conocer unos conceptos básicos.

Un sistema distribuido se define como: una colección de computadoras separadas físicamente y conectadas entre sí por una red de comunicaciones distribuida; cada máquina posee sus componentes de hardware y software que el usuario percibe como un solo sistema (no necesita saber qué cosas están en qué

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máquinas). El usuario accede a los recursos remotos (RPC) de la misma manera en que accede a recursos locales, o un grupo de computadores que usan un software para conseguir un objetivo en común.

Los sistemas distribuidos deben ser muy confiables, ya que si un componente del sistema se descompone, otro componente debe ser capaz de reemplazarlo, esto se denomina Tolerancia a Fallos.

Sistemas distribuidos:Ventajas: Aumenta la confiabilidad al sistema. Esta arquitectura tiene redundancia, al

fallar uno de los sistemas, las demás siguen funcionando. Crecimiento de la empresa es soportable. Se realiza tantas copias del sistema

en diferentes nuevos lugares geográficos. Tomas de decisiones locales. La lógica de negocio y las tomas de decisiones

en cada lugar es independiente uno del otro. Distribución de datos. No está centralizada los datos de la empresa. Si la

lógica de negocio en tener datos locales en las tomas de decisiones es factible, si no, irse a un sistema centralizado.

Uso de ancho de banda local. Permite tener interfaz muy amigable o vistosa. Solo se consume el ancho de la banda de una red local.

Velocidad de respuesta rápida, si los datos están en la red local.

Desventajas: Soporte local de la tecnología. Cada lugar geográfico debe tener su personal

que soporte tecnológicamente esta arquitectura. Una mala distribución de los datos, es peor que un sistema centralizado, uso

en exceso de la red amplia. Costo y complejidad del SW. Costo en llevar los cambios del SW a cada lugar, en caso de mantenimiento. Integridad de los datos es más difícil de controlar. Uso de otra área de la tecnología, SW de seguridad, protección y de redes.

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La computación centralizada es cuando el proceso de cómputo es realizado en una localización central, usando terminales conectados a una computadora central. La computadora en sí misma puede controlar todos los periféricos directamente (si están físicamente conectados con la computadora central), o conectados a través de un servidor de terminal. 

Alternativamente, si los terminales tienen la capacidad, pueden ser conectados con la computadora central sobre la red. Los terminales pueden ser terminales de texto o clientes ligeros por ejemplo.

Ofrece mayor seguridad sobre los sistemas descentralizados porque todo el procesamiento es controlado en una localización central. Además, si un terminal se daña, el usuario simplemente puede ir a otro terminal y logearse de nuevo, y todos sus archivos seguirán siendo accesibles. Dependiendo del sistema, puede incluso reanudar su sesión desde el punto en que estaba antes como si no hubiera sucedido nada.

Alternativamente, si los terminales tienen la capacidad, pueden ser conectados con la computadora central sobre la red. Los terminales pueden ser terminales de texto o clientes ligeros por ejemplo.

Ofrece mayor seguridad sobre los sistemas descentralizados porque todo el procesamiento es controlado en una localización central. Además, si un terminal se daña, el usuario simplemente puede ir a otro terminal y logearse de nuevo, y todos sus archivos seguirán siendo accesibles. Dependiendo del sistema, puede incluso reanudar su sesión desde el punto en que estaba antes como si no hubiera sucedido nada.

Sistemas centralizados:Ventajas: Un punto de control. Mayor control de seguridad y protección de la información

en un solo punto. Fácil de mantener. Empresa con muchos cambios de requerimientos. Fácil

despliegue de los cambios. Soporte en un solo punto. Tomas de decisiones. Esta arquitectura es primordial en las tomas de

decisiones centralizadas, en otro punto llamado de lógica de negocio de la empresa centralizada.

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Desventajas: Interfaz de usuario poco llamativo. Por el uso de la red amplia, se evita tener

pantalla con imágenes. Debe controlar el uso de ancho de banda de la red. Velocidad de repuestas lenta, dependiendo la conexión de la red a la central. Debe haber mecanismo de respaldo o copia del sistema centralizada en caso

de contingencia muy estricta, muere el sistema central, muere el sistema a nivel general.

Crecimiento depende de los equipos que lo soporta. Si la empresa crece en forma exponencial por ejemplo, el equipo debe ser cambiado al no tener estos estudios de crecimiento o la actualización de equipo debe ser constante.

Arquitectura del computador.La arquitectura del computador se trata de cómo está formado y de cada uno

de sus componentes.La Tarjeta principal: Es el elemento principal de todo ordenador y en donde

se encuentran conectados todos los demás dispositivos.El procesador.El procesador (denominado CPU, por Central Processing Unit) es un circuito

electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos, denominados “picos”. La velocidad de reloj (también denominada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la placa madre.

Unidad de control. Es el elemento que se encarga de sincronizar las acciones que realiza cada

una de las unidades funcionales de un computador. Las funciones de la unidad de control son básicamente dos.

Interpretación de las instrucciones. La unidad de control debe ser capaz de decodificar los códigos de operación y los modos de direccionamiento de las instrucciones y actuar de forma diferente para cada uno de ellos.

Secuenciamiento de las operaciones. La unidad de control se encarga de la temporización de las distintas operaciones necesarias para la ejecución de cada instrucción.

Componentes de la Unidad de Control: Contador de Programa (CP). Registro de Instrucción (RI). Decodificador (D). Reloj. (R) Secuenciador (S).Unidad aritmética lógica.La unidad aritmética lógica opera los datos que recibe siguiendo las

indicaciones por la unidad de control. Esta unidad puede realizar operaciones aritméticas lógicas, por ejemplo: el de realizar la suma, la forma en que realiza la operación.

Se debe tener el código de operación que indique la operación a efectuar en este caso el código de suma.

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Dirección de la célula en la que se encuentra almacenado el primer sumando.

Dirección del segundo sumando. Dirección de la célula en la que se almacena el resultado.

Componentes de la Unidad Aritmético/Lógica. Registro de Entrada (REN) Circuito Operacional (COP) Registro Acumulador (RA) Registro de Estado (RES)

Memoria principal.También llamada memoria central es una unidad dividida en celdas que se

identifican mediante una dirección. Está formada por bloques de circuitos integrados o chips capaces de almacenar, retener o “memorizar” información digital, es decir, valores binarios; a dichos bloques tiene acceso el microprocesador de la computadora.

La MP se comunica con el microprocesador de la CPU mediante el bus de direcciones. El ancho de este bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria.

En algunas oportunidades suele llamarse “memoria interna” a la MP, porque a diferencia de los dispositivos de memoria secundaria, la MP no puede extraerse tan fácilmente por usuarios no técnicos.

La MP es el núcleo del sub-sistema de memoria de un computador, y posee una menor capacidad de almacenamiento que la memoria secundaria, pero una velocidad millones de veces superior.

Memoria cache.Es una memoria reservada para el almacenamiento de la información más

frecuentemente accesada. Actúa como zona de retención temporal de alta velocidad entre la memoria y la CPU.

Existen dos tipos de Caché:Interna: Que es la memoria propia del procesador.Externa: Chip ubicado en la placa base, generalmente entre la RAM y el procesadorPuerto USB.Un puerto USB es una entrada o acceso para que el usuario pueda compartir

información almacenada en diferentes dispositivos como una cámara de fotos, un pendrive, entre otros, con un computador. Las siglas USB quieren decir Bus de Serie Universal en inglés.

Unidad de disco.Dispositivo encargado de gestionar y administrar la lectura y escritura de información, en los medios de almacenamiento secundario.

Kernel y Shell.El Kernel, o núcleo, se refiere al Software que relaciona las aplicaciones con el Hardware de nuestro ordenador. Las órdenes del Kernel son las únicas que interactúan directamente con los componentes físicos del ordenador, como el procesador, la RAM o los discos duros, ya que están expresamente diseñadas para no dañar estos elementos. Las instrucciones del Kernel también son las

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encargadas de asignar los recursos a cada proceso y decidir que prioridades y recursos del sistema se le asignan. El Shell, o intérprete de órdenes, son aplicaciones capaces de interpretar las órdenes del usuario a través de comandos escritos, como por ejemplo el sistema MS-DOS o los terminales de consola de los sistemas operativos Linux. Estas aplicaciones permiten al usuario interactuar con el ordenador, normalmente a través de una sencilla interfaz de texto plano, y suponen la forma más básica de interacción de un usuario con su ordenador, escribiendo las órdenes en este Shell a través de comandos y recogiendo las respuestas de la máquina.

Sistemas de multiprocesador.La técnica de multiprocesamiento consiste en hacer funcionar varios

procesadores en forma paralela para obtener un poder de cálculo mayor que el obtenido al usar un procesador de alta tecnología o al aumentar la disponibilidad del sistema (en el caso de fallas del procesador).

Las siglas SMP (multiprocesamiento simétrico o multiprocesador simétrico) hacen referencia a la arquitectura en la que todos los procesadores acceden a la misma memoria compartida.

Un sistema de multiprocesadores debe tener capacidad para gestionar la repartición de memoria entre varios procesadores, pero también debe distribuir la carga de trabajo.

Sistemas multiprocesador con más de una cpu en comunicación muy cercanaSistemas fuertemente acoplados – los procesadores comparten la memoria y el reloj; la comunicación por lo general se realiza a través de la memoria compartida.

Ventajas de los sistemas paralelos.1. Incremento del rendimiento.2. Económicos.3. Incremento de fiabilidad.

Degradación gradual Sistema de fallos controlados por software

Tipos de multiprocesamiento. Existen dos tipos de multiproceso, el asimétrico y el simétrico.En el asimétrico hay un procesador (maestro) en el cual se ejecuta el sistema

operativo y los demás (esclavos) donde se ejecutan las demás tareas. La ventaja de éste es que al aumentar más procesadores se tiene que hacer un cambio mínimo y fácil para el manejo de éstos y en general se eliminan muchos problemas de integridad de datos. La gran desventaja es que al haber sólo una copia del sistema operativo en un sólo procesador (maestro) cuando este procesador falla todo el sistema falla porque todos los recursos que son manejados por el sistema operativo no pueden ser accesados.

En el simétrico se ejecuta el sistema operativo – o una gran parte de él – en cualquiera de los procesadores disponibles y todos ellos tienen acceso a los recursos a menos que cada recurso sea asignado a un procesador específico. Aunque es más difícil de implementar tiene muchas más ventajas. Primero, este tipo de sistemas tienden a ser más eficientes porque las tareas tanto del sistema operativo como de los usuarios pueden ser distribuidas en forma balanceada a todos los procesadores. Debido a que las demandas del sistema operativo

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pueden ser repartidas a todos los procesadores, el tiempo de inactividad de un procesador mientras otro está sobre trabajando es mínimo. Segunda, si un procesador falla, es posible que sus tareas sean repartidas entre los demás y no es necesario que todo el sistema sea parado o que falle el sistema. Y finalmente, la portabilidad del sistema es mayor debido a que no sigue la arquitectura de Master/Slave.

Thread (Hilo).Un Thread es la unidad básica de ejecución del sistema operativo. Cualquier

programa que se ejecute consta de, al menos, un thread. Un thread se puede considerar como la agrupación de un trozo de programa

junto con el conjunto de registros del procesador que utiliza y una pila de máquina. El conjunto de los registros y de la pila de cada thread se denomina contexto. Como sabemos, en un Sistema Operativo multitarea, la CPU se reparte entre cada programa a ejecutar. Para ser más precisos, el S.O. reparte la CPU entre todos los threads a ejecutar en cada momento (pues un programa puede contener varios threads), simplemente adueñandose de esta y saltando al siguiente. Sin embargo, esta conmutación no se puede hacer de cualquier manera. Cada vez que el S.O. se adueña de la CPU para cedersela a otro thread, los registros y la pila (o sea, el contexto del hilo) contienen unos valores determinados. Por eso, el S.O. guarda todos esos datos en cada cambio, de modo que al volver a conmutar al thread inicial, pueda restaurar el contexto inicial.

Spool.En el campo de la Informática, el spooling (Simultaneous Peripheral

Operations On-Line) se refiere al proceso mediante el cual la computadora introduce trabajos en un buffer (un área especial en memoria o en un disco), de manera que un dispositivo pueda acceder a ellos cuando esté listo.

El spooling es útil en caso de dispositivos que acceden a los datos a distintas velocidades. El buffer proporciona un lugar de espera donde los datos pueden estar hasta que el dispositivo (generalmente más lento) los procesa. Esto permite que la CPU pueda trabajar en otras tareas mientras que espera que el dispositivo más lento acabe de procesar el trabajo.

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