Conceptos Fundamentales de Hardware, Software y Sistemas Operativos

Fundamentos de Hardware y Software

El mundo de la informática se compone de elementos tangibles e intangibles que trabajan en conjunto para permitir el funcionamiento de cualquier dispositivo. A continuación, exploraremos los conceptos esenciales de hardware, software y sistemas operativos.

Hardware: Componentes Físicos

El hardware se refiere a todos los elementos físicos y tangibles de un sistema informático, es decir, aquellos que se pueden tocar. Algunos ejemplos clave incluyen:

• La caja (gabinete)
• La placa base (tarjeta madre)
• El procesador (CPU)
• La memoria RAM
• El disco duro (HDD/SSD)
• Y otros periféricos como teclado, ratón, monitor, etc.

Software: La Parte Intangible

El software es la parte intangible del ordenador, es decir, el conjunto de instrucciones, programas y datos que, al ejecutarse, permiten realizar diversas tareas. Se clasifica principalmente en:

• Software de Sistema: Programas que controlan el hardware y permiten la interacción con el usuario (ej. sistemas operativos, controladores de dispositivos).
• Software de Programación: Herramientas que permiten a los desarrolladores crear otros programas. Incluye:
  • Lenguaje Máquina
  • Ensamblador
  • Lenguajes de Alto Nivel (Python, Java, C++, etc.)
• Software de Aplicación: Programas diseñados para realizar tareas específicas para el usuario (ej. procesadores de texto, navegadores web, juegos).

Tipos de Licencias de Software

Las licencias definen los términos bajo los cuales se puede usar, distribuir y modificar el software. Se distinguen principalmente dos categorías:

Software Libre

El software libre se caracteriza por otorgar a los usuarios cuatro libertades esenciales:

1. Libertad de ejecutar el programa para cualquier propósito.
2. Libertad de estudiar cómo funciona el programa y adaptarlo a sus necesidades (acceso al código fuente).
3. Libertad de redistribuir copias.
4. Libertad de distribuir copias de sus versiones modificadas.

Dentro del software libre, existen diferentes tipos de licencias:

• Licencias Robustas (Copyleft): Aseguran que las versiones modificadas mantengan las mismas libertades (ej. GPL).
• Licencias Permisivas: Permiten mayor libertad para integrar el código en software propietario (ej. MIT, BSD).

Software Propietario

El software propietario restringe el uso, la modificación y la redistribución. Su uso está sujeto a un contrato de licencia. Algunos tipos de licencias propietarias incluyen:

• CLUF (Contrato de Licencia de Usuario Final): Acuerdo legal entre el fabricante y el usuario final.
• OEM (Original Equipment Manufacturer): Licencias preinstaladas en equipos nuevos.
• Retail: Licencias compradas individualmente en tiendas.
• Por Volumen: Licencias para múltiples usuarios o equipos en organizaciones.

El Sistema Operativo: Núcleo del Funcionamiento

El sistema operativo (SO) es un conjunto de programas esenciales que permite la comunicación entre el usuario y el hardware, además de encargarse de gestionar todos los recursos del sistema informático.

Estructura de los Sistemas Operativos

Los sistemas operativos pueden organizarse de diversas maneras, cada una con sus propias ventajas y desventajas:

• Sistemas Monolíticos: El sistema operativo está formado por un conjunto de procedimientos donde cada uno puede llamar a los demás cuando los necesite. Todo el SO se ejecuta en modo kernel.
• Sistemas de Capas: Consiste en organizar el sistema operativo mediante una jerarquía de capas, donde cada capa tiene una función específica y solo puede interactuar con la capa inmediatamente inferior o superior.
• Microkernels: Dividen el sistema operativo en módulos pequeños, ejecutándose solo uno (el microkernel) en modo kernel. De esta forma, un error en un módulo de usuario no afecta a todo el sistema, aumentando la estabilidad.
• Máquinas Virtuales: Permiten realizar copias exactas del hardware de la máquina real, incluyendo el modo kernel y usuario, la gestión de entrada/salida, etc. Esto permite ejecutar múltiples sistemas operativos simultáneamente en un mismo hardware físico.
• Exokernels: Dividen los recursos del hardware y asignan a cada usuario o aplicación una parte específica de esos recursos, permitiendo a las aplicaciones gestionar directamente el hardware asignado.

Modo Kernel y sus Funciones

El modo kernel (o modo núcleo) es un estado privilegiado del procesador donde el sistema operativo tiene acceso completo a todos los recursos del hardware. Sus funciones principales incluyen:

• Planificación del procesador (gestión de CPU).
• Gestión de la memoria virtual.
• Gestión del sistema de ficheros (archivos).
• Gestión de llamadas al sistema.
• Creación, sincronización y destrucción de procesos.

Funciones Clave del Sistema Operativo

El sistema operativo desempeña múltiples funciones vitales para el correcto funcionamiento del ordenador:

• Gestión de Procesos: Un proceso puede tener "miniprocesos" o hilos (threads). Al ejecutar varios procesos, el SO decide cuál debe ejecutarse en cada momento. Los métodos de planificación de procesos incluyen:
  • Por Lotes (Batch): Sin interacción con el usuario. Ejemplos:
    • Primero en Entrar, Primero en Ser Atendido (FIFO).
    • Trabajo Más Corto Primero (SJF).
    • Menor Tiempo Restante a Continuación (SRTF).
  • Interactivos: El usuario puede interactuar con los procesos. Ejemplos:
    • Por Turno Circular (Round Robin).
    • Por Prioridades.
• Gestión de Memoria: Asigna y libera espacio en la memoria RAM para los programas y datos.
• Gestión de Archivos: Organiza, almacena y recupera la información en dispositivos de almacenamiento.
• Gestión de Entrada/Salida (E/S): Controla la comunicación entre el ordenador y los periféricos.

Clasificación de los Sistemas Operativos

Los sistemas operativos se pueden clasificar según diferentes criterios:

• Según el número de usuarios:
  • Monousuario: Diseñado para un solo usuario a la vez (ej. Windows en PC doméstico).
  • Multiusuario: Permite que varios usuarios accedan y utilicen el sistema simultáneamente (ej. Linux Server, Windows Server).
• Según el número de procesos:
  • Monotarea: Ejecuta una sola tarea a la vez.
  • Multitarea: Permite ejecutar múltiples tareas o programas concurrentemente.
• Según el número de procesadores:
  • Monoprocesador: Diseñado para un solo procesador.
  • Multiprocesador: Soporta múltiples procesadores. Puede ser:
    • Multiprocesamiento Simétrico (SMP): Todos los procesadores son iguales y comparten recursos.
    • Multiprocesamiento Asimétrico (AMP): Cada procesador tiene una tarea específica.

Tipos de Sistemas Informáticos y Tecnologías Complementarias

Clasificación de Sistemas Informáticos

Los sistemas informáticos varían ampliamente en tamaño, capacidad y propósito:

• Supercomputadoras: Máquinas extremadamente potentes para cálculos complejos.
• Servidores: Ordenadores dedicados a proporcionar servicios a otros equipos en una red.
• Sistemas Personales: Ordenadores de escritorio y portátiles para uso individual.
• Sistemas de Bolsillo: Dispositivos móviles como smartphones y tablets.
• Dispositivos Integrados (Embedded Systems): Sistemas informáticos especializados dentro de otros dispositivos (ej. electrodomésticos, coches).
• Tarjetas Inteligentes: Pequeños dispositivos con microprocesadores para seguridad y almacenamiento (ej. tarjetas de crédito, SIM).

Técnicas de Almacenamiento Intermedio

Para optimizar el rendimiento y la eficiencia, los sistemas informáticos utilizan diversas técnicas de almacenamiento temporal:

• Caching: Consiste en guardar una copia de los datos que se utilizan con mayor frecuencia en una memoria más rápida (caché) para un acceso más rápido en el futuro.
• Buffering: Se utiliza para contrarrestar la lentitud de los dispositivos de entrada/salida (E/S) en comparación con la velocidad del procesador. Los datos se almacenan temporalmente en un búfer antes de ser procesados o enviados.
• Spooling: Utiliza un búfer de gran tamaño para leer la mayor cantidad de información de entrada posible y almacenar esa información hasta que los dispositivos de salida estén disponibles. Es común en la gestión de impresoras.

Métodos de Instalación de Software y Sistemas Operativos

La instalación de software o sistemas operativos puede realizarse de diversas maneras, dependiendo del entorno y las necesidades:

• Según la ubicación:
  • Local: Instalación en el mismo ordenador.
  • Red: Instalación desde otro ordenador o servidor en la red.
• Según el tipo de instalación:
  • Normal: Instalación limpia del sistema.
  • Actualización: Reemplazo de una versión anterior por una más reciente.
  • Downgrade: Reversión a una versión anterior.
  • Migración: Traslado de un sistema o datos de un entorno a otro.
• Según el entorno:
  • Virtual: Instalación en una máquina virtual.
  • No Virtual: Instalación directa en el hardware físico.
• Según la atención requerida:
  • Atendida: Requiere interacción del usuario durante el proceso.
  • Desatendida: Se realiza automáticamente sin intervención del usuario.
• Según el modo de instalación:
  • Por Ficheros: Instalación a partir de archivos individuales.
  • Por Imágenes: Instalación a partir de una imagen completa del sistema.
• Según la forma de distribución:
  • Desde Dispositivos: USB, DVD, etc.
  • Carpetas Compartidas: A través de una red.
  • PXE (Preboot Execution Environment): Arranque e instalación a través de la red.