Fundamentos de Hardware, Sistemas Operativos y Almacenamiento

Tipos de Licencias de Software

• Software Libre: Permite usar, compartir, estudiar y modificar el programa.
• Open Source (Código Abierto): Comparte la misma idea que el software libre, con algunas modificaciones en términos de licenciamiento práctico.
• Software Propietario: El usuario solo adquiere un derecho de uso limitado, sin acceso al código fuente.
• Dominio Público: No requiere licencia y permite el acceso libre a todos; se produce cuando el autor lo dona o expiran los derechos de autor.
• Freeware: Distribución gratuita y libre uso, pero mantiene propietario o derechos de autor (copyright); no se puede modificar ni vender.
• Shareware: Permite al usuario evaluar el producto de forma gratuita durante un tiempo limitado o con funciones reducidas.
• Adware: Software que muestra publicidad no deseada durante su ejecución.

Sistemas Operativos

Un Sistema Operativo (S.O.) es el conjunto de programas que permite manejar y organizar los datos y programas de las unidades de disco del sistema informático, coordina al sistema informático y permite ejecutar otros programas, actuando como interfaz entre las aplicaciones y el hardware, lo que permite al usuario utilizar el equipo informático.

Funciones Principales del Sistema Operativo

• Gestión de procesos: Asegura la correcta ejecución de los programas o procesos.
• Gestión de recursos: Coordina los componentes físicos del sistema (memoria, unidades de disco, etc.) para un reparto controlado y equitativo de los recursos.
• Sistema de protección: Proporciona mecanismos para preservar la integridad del sistema informático mediante el control de accesos.
• Gestión y sistema de archivos: Organiza la estructura y almacenamiento de los archivos en dispositivos secundarios (como el disco duro).

Instalación, Configuración y Arranque del S.O.

La BIOS comprueba los componentes de hardware (POST), inicializa la tarjeta gráfica y muestra la información por pantalla. Además, inicia la secuencia de arranque del sistema operativo (booting), actualiza la fecha y la hora, configura los puertos y las unidades de disco.

• MBR (Master Boot Record): Ubicado en el primer sector de la unidad de disco; contiene las instrucciones necesarias para cargar en la memoria RAM los ficheros iniciales del sistema operativo.
• BPB (BIOS Parameter Block): Permite ejecutar los ficheros del sistema operativo; el administrador de arranque (como Windows Boot Manager) carga el sistema operativo y este toma el control de todos los componentes del equipo informático (microprocesador, memoria RAM, programas) para la interacción entre el usuario y el sistema.
• Administrador de dispositivos: Herramienta que permite al usuario visualizar y controlar el hardware conectado al ordenador.
• Driver (Controlador): Programa informático que permite al sistema operativo interactuar con los periféricos, proporcionando una interfaz para su uso. Existen múltiples tipos de drivers con funciones específicas.

Estructura y Gestión del Almacenamiento

Organización del Disco Duro

El disco duro ofrece gran capacidad y acceso rápido, aunque inferior a la velocidad de las memorias de semiconductores. Su estructura física y lógica comprende:

• Disco o plato: Superficie circular donde se graban magnéticamente los datos.
• Cilindro / Track (Pista): Conjunto formado por una pista coincidente de cada plato. El sistema operativo puede acceder a él simultáneamente en cada posición del cabezal.
• Sector: Unidad básica de almacenamiento en la que se dividen los platos; incluye un fragmento de cada pista. Tradicionalmente, un sector equivale a 512 bytes.
• Cabeza: El número de cabezas magnéticas coincide con el número de superficies útiles de lectura/escritura de la unidad.
• Unidad de asignación (Clúster): Conjunto de sectores contiguos que forman la unidad mínima de asignación de espacio en el sistema de archivos.
• Volumen: Unidad lógica formateada con un único sistema de archivos que reside dentro de una partición.
• FAT: Archivo especial ubicado en el sector 0 donde el sistema operativo almacena la tabla de directorios, ficheros y clústeres utilizados.

Procesos de Formateo y Mantenimiento de Discos

• Formateo de bajo nivel (físico): Define los sectores y cilindros del disco, dejándolo en su estado de fábrica.
• Particionado: Divide el disco en unidades lógicas; el sistema operativo les asigna letras de unidad y las gestiona de forma independiente.
• Formateo de alto nivel (lógico): Crea el sistema de archivos asignado a los sectores y marca el espacio como disponible (sin datos); ante este proceso, la pérdida de datos suele ser recuperable mediante herramientas especializadas.
• Desfragmentación: Cuando un disco mecánico está fragmentado, los huecos libres quedan dispersos, obligando a dividir los programas en fragmentos no contiguos. La desfragmentación recoloca los fragmentos de forma contigua para lograr una lectura y búsqueda más rápida.
• Unidades de Estado Sólido (SSD): La desfragmentación no se debe aplicar en los SSD, ya que acorta su vida útil debido a su número finito de ciclos de lectura y escritura. En su lugar, se optimizan mediante el comando TRIM, que notifica qué bloques de datos carecen de uso.

Interfaces de Comunicación y Almacenamiento en Red

• AHCI (para SATA) / IDE (PATA): Estándares de comunicación entre la placa base y las unidades de almacenamiento.
• NVMe: Interfaz de dispositivo lógico de alto rendimiento diseñada para acceder a medios de almacenamiento no volátiles a través del bus PCI Express.
• DAS (Direct Attached Storage): Conexión directa del dispositivo de almacenamiento a un servidor.
• NAS (Network Attached Storage): Conexión directa del dispositivo de almacenamiento a una red local (LAN), ofreciendo datos compartidos a los clientes de la red.
• SAN (Storage Area Network): Red dedicada de alta velocidad para el almacenamiento masivo de datos, conectada a uno o más servidores mediante fibra óptica.
• Cloud (Nube): Servicios de almacenamiento remoto a través de Internet. Permite el acceso a los archivos desde cualquier dispositivo conectado, aunque puede plantear riesgos de privacidad para el usuario o limitaciones de capacidad contratada.

Gestión de Memoria en el Sistema Operativo

El sistema operativo debe garantizar una adecuada gestión de la memoria RAM, coordinando las transferencias de datos entre los dispositivos de almacenamiento secundario y la memoria principal, así como entre la memoria y el microprocesador.

Características Esenciales

• Protección: Garantiza que un proceso A no pueda leer ni modificar el espacio de memoria asignado a un proceso B de forma no autorizada.
• Compartición: Facilita que dos o más procesos compartan datos cuando es necesario, permitiendo el acceso controlado a zonas comunes para ahorrar memoria.
• Reubicación: Capacidad de mover procesos entre distintas posiciones físicas de la memoria durante su ejecución.

Microprocesadores y Arquitectura

El microprocesador es un circuito electrónico integrado compuesto por transistores, puertas lógicas y líneas con señales eléctricas que ejecuta tareas e instrucciones mediante operaciones lógicas y aritméticas.

La arquitectura define los conjuntos de instrucciones, parámetros y componentes internos del microprocesador:

• CISC (Complex Instruction Set Computer): Instrucciones complejas interpretadas por el microprocesador y grabadas en su memoria interna.
• RISC (Reduced Instruction Set Computer): Conjunto de instrucciones reducidas implementadas directamente por hardware en la CPU, ejecutando habitualmente una instrucción por ciclo.

Componentes del Núcleo de Procesamiento

El núcleo es la unidad encargada de procesar la información y consta de:

• Unidad de Control (UC): Sincroniza el funcionamiento del procesador, enviando órdenes a los distintos componentes.
• Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Realiza todas las operaciones lógicas y matemáticas.
• Registros: Celdas de memoria de alta velocidad que almacenan temporalmente las instrucciones en ejecución y sus resultados.

Los procesadores multinúcleo ejecutan tareas de forma paralela y consecutiva en cada uno de sus núcleos. El sistema operativo y las aplicaciones deben ser capaces de gestionar y crear hilos de ejecución (threads) para aprovechar esta capacidad.

Perturbaciones en Entornos Industriales

Perturbaciones Electromagnéticas

Se vinculan con la compatibilidad electromagnética (EMC), que es la capacidad de un equipo para funcionar correctamente en su entorno electromagnético sin introducir perturbaciones intolerables en otros equipos circundantes:

• Interferencias radiadas: Perturbaciones que se propagan a través del espacio como radiación electromagnética.
• Interferencias conducidas: Perturbaciones que se transmiten a través de las líneas de conexión física continua (cables de alimentación o señal).

Perturbaciones Eléctricas

• Tensión insuficiente (Brownout): Disminución breve del nivel de tensión que produce paradas del sistema y corrupción en los procesos en ejecución.
• Apagón eléctrico (Blackout): Ausencia total de suministro de alimentación que genera pérdida de datos, interrupción de actividades empresariales y posibles riesgos para las personas.
• Pico de tensión (Spike): Incremento repentino e imprevisto de la tensión que puede destruir componentes electrónicos y provocar pérdida de datos.
• Sobretensión: Incremento de la tensión por encima de los límites de tolerancia de los dispositivos, originando averías prematuras.
• Ruido EMI/RFI: Interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia que deforman la onda senoidal de la red eléctrica; pueden ser intermitentes o continuas y causan fallos en equipos electrónicos.
• Corrientes parásitas y armónicos: Generadas por fenómenos atmosféricos o cargas no lineales; provocan errores en el procesamiento de datos y envejecimiento prematuro del hardware.
• Variaciones de frecuencia: Fluctuaciones presentes habitualmente en redes alimentadas por grupos electrógenos, que conllevan errores de cálculo e incidencias en la lectura de soportes magnéticos.

Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI / UPS)

Un SAI (UPS) protege frente a cortes eléctricos, picos de tensión, fluctuaciones de voltaje y ruido eléctrico. Proporciona autonomía suficiente para guardar el trabajo y apagar los equipos con seguridad. Como norma general, la potencia del SAI debe suministrar un 20% más de lo que consumen los dispositivos conectados.

• Offline: Solo actúa ante la pérdida total del suministro eléctrico; recomendado para zonas con una red eléctrica estable (nivel de protección bajo).
• Interactivo: Incorpora filtros que corrigen caídas y subidas de tensión y mitigan el ruido eléctrico (nivel de protección medio).
• Online: Suministra energía completamente limpia mediante doble conversión (transforma corriente alterna en continua y luego nuevamente en alterna filtrada), ofreciendo la máxima protección.

Factores Ambientales y PC Industrial

Los entornos hostiles exigen protecciones adicionales frente a la temperatura, humedad, polvo, gases y suciedad, así como ante golpes y vibraciones.

El PC Industrial presenta mayor solidez mecánica y eléctrica, arquitectura modular, protección reforzada contra ambientes exigentes y compatibilidad con software de control especializado. Entre sus variantes principales se encuentran:

• Estaciones de trabajo (entornos UNIX).
• Sistemas multiprocesador modulares.
• PC tradicionales adaptados con características y envolventes de grado industrial.