Fundamentos de Sistemas Numéricos y Operativos en Informática

Conversión entre Sistemas Numéricos

De Base N a Decimal

Para convertir un número de una base cualquiera (binario, octal, hexadecimal, etc.) a base decimal, se debe multiplicar cada dígito del número por la base elevada a la potencia correspondiente a su posición (empezando desde 0 por la derecha) y luego sumar todos los resultados.

• Ejemplo (Binario a Decimal): Para convertir 1011₂ a decimal: (1 * 2³) + (0 * 2²) + (1 * 2¹) + (1 * 2⁰) = 8 + 0 + 2 + 1 = 11₁₀.
• Ejemplo (Otra Base a Decimal): Para convertir 2A5₁₆ a decimal: (2 * 16²) + (10 * 16¹) + (5 * 16⁰) = (2 * 256) + (10 * 16) + (5 * 1) = 512 + 160 + 5 = 677₁₀.

De Decimal a Otra Base N

Para convertir un número de base decimal a otra base (por ejemplo, base 8 - octal), se debe dividir el número decimal sucesivamente por la base deseada (8 en este caso) hasta que el cociente sea 0. Los restos de las divisiones, leídos en orden inverso, forman el número en la nueva base.

Conversiones Indirectas

• De Hexadecimal a Octal: Primero, convertir cada dígito hexadecimal a su representación binaria de 4 bits. Luego, agrupar los bits resultantes de 3 en 3 (empezando por la derecha) y convertir cada grupo a su dígito octal correspondiente.
• De Binario a Octal: Agrupar los bits de 3 en 3 (desde la derecha, añadiendo ceros a la izquierda si es necesario) y convertir cada grupo a su dígito octal equivalente. (Alternativamente, se puede pasar primero a decimal y luego de decimal a octal).
• De Octal a Hexadecimal: Primero, convertir cada dígito octal a su representación binaria de 3 bits. Luego, agrupar los bits resultantes de 4 en 4 (empezando por la derecha) y convertir cada grupo a su dígito hexadecimal correspondiente.
• De Base N a Base M: El método general es pasar primero el número de Base N a Decimal y, posteriormente, convertir el resultado decimal a la Base M deseada.

Consideraciones Adicionales

• Límite de Representación: No se puede convertir 332 (decimal) a binario de 8 bits, porque con 8 bits solo se pueden representar 2⁸ = 256 valores distintos (del 0 al 255).
• Paridad Binaria: En binario, los números terminados en 0 son pares y los terminados en 1 son impares.
• Suma Binaria Básica: 0 + 0 = 0; 0 + 1 = 1; 1 + 0 = 1; 1 + 1 = 10 (0 y se lleva 1).

Sistema Operativo (SO)

Un Sistema Operativo es el software fundamental que gestiona los recursos de hardware y proporciona servicios a los programas de aplicación.

Funciones Principales del SO

• Control de la ejecución de los programas.
• Administración de periféricos (Entrada/Salida).
• Gestión de permisos y usuarios.
• Control de concurrencia (múltiples procesos ejecutándose simultáneamente).
• Control de errores.
• Administración de memoria.
• Control de Seguridad.

Estructura de un SO

• Gestión del Procesador: Reside en el kernel (núcleo del SO) y administra la CPU (Unidad Central de Procesamiento), asignándola a los diferentes procesos.
• Gestión de Memoria: Reparte la memoria principal disponible entre los procesos que la necesitan.
• Gestión de Dispositivos: Administra las operaciones de Entrada/Salida (E/S) interactuando con los controladores de los dispositivos hardware.
• Gestión de Información (Sistema de Archivos): Administra el espacio de almacenamiento secundario (discos) y la protección de la información (archivos y directorios).

Unidades de Almacenamiento Digital

• 1 Byte = 8 bits
• 1 KiloByte (KB) = 1024 Bytes
• 1 MegaByte (MB) = 1024 KB
• 1 GigaByte (GB) = 1024 MB
• 1 TeraByte (TB) = 1024 GB
• 1 PetaByte (PB) = 1024 TB
• 1 ExaByte (EB) = 1024 PB
• 1 ZettaByte (ZB) = 1024 EB
• 1 YottaByte (YB) = 1024 ZB

Gestión de Discos

Planificación de Discos

Algoritmos utilizados por el SO para determinar el orden en que se atenderán las solicitudes de acceso a disco:

• FCFS (First-Come, First-Served): La primera petición que llega es la primera que se atiende. Simple pero puede no ser eficiente.
• SSTF (Shortest Seek Time First): Se atiende la petición que requiere el menor movimiento del brazo lector (la distancia más corta desde la pista actual). Puede causar inanición de peticiones lejanas.
• SCAN (Elevador): El brazo se mueve en una dirección (hacia el interior o exterior) atendiendo todas las peticiones en su camino hasta llegar a un extremo. Luego invierte la dirección y sigue atendiendo.
• C-SCAN (Circular SCAN): Similar a SCAN, pero al llegar a un extremo, el brazo vuelve rápidamente al extremo opuesto sin atender peticiones en el camino de retorno, y comienza a atender de nuevo en una sola dirección. Proporciona un tiempo de espera más uniforme.
• LOOK / C-LOOK: Variaciones de SCAN / C-SCAN donde el brazo solo se mueve hasta la última petición en la dirección actual, en lugar de ir hasta el extremo físico del disco, y luego invierte la dirección (LOOK) o vuelve al inicio (C-LOOK).

Tiempos de Acceso a Disco

• Tiempo de Búsqueda (Seek Time): Es el tiempo que tarda el brazo lector/escritor en posicionarse sobre la pista correcta.
• Tiempo de Latencia Rotacional: Es el tiempo que tarda el disco en girar hasta que el sector deseado se encuentre bajo la cabeza lectora/escritora.
• Tiempo de Transferencia: Es el tiempo que se tarda en transferir los datos entre el disco y la memoria una vez posicionado el cabezal en el sector correcto.

Clasificación y Utilización del SO

Modos de Interacción

• Modo Orden (Interfaz de Línea de Comandos - CLI): Interacción basada en texto.
• Modo Gráfico (Interfaz Gráfica de Usuario - GUI): Interacción visual mediante ventanas, iconos y menús.

Clasificación de Sistemas Operativos

• Por número de usuarios: Monousuario / Multiusuario.
• Por número de tareas: Monotarea / Multitarea.
• Por número de procesadores: Monoproceso / Multiproceso.
• Por forma de ofrecer servicios: Centralizados / Distribuidos / Sistemas Operativos en Red / Sistemas Operativos de Escritorio.
• Por disponibilidad/licencia: Propietarios (con licencia de pago) / Libres (gratuitos, a menudo de código abierto).

Software y Licencias

Tipos de Aplicaciones (por licencia/coste)

• Gratuitas (Freeware): Se pueden usar sin coste, pero generalmente sin acceso al código fuente y con restricciones de redistribución o modificación.
• Libres (Free Software): Garantizan las libertades de usar, estudiar, modificar y distribuir el software y su código fuente. Pueden ser gratuitas o de pago.
• Privativas (Proprietary Software): Su uso, redistribución o modificación están prohibidos o requieren permiso expreso del titular. Suelen ser de pago y de código cerrado.

Tipos de Licencias de Software

• OEM (Original Equipment Manufacturer): Licencia ligada al hardware específico con el que se vende. Generalmente no se puede transferir a otro equipo ni vender por separado.
• Retail: Licencia adquirida por el usuario final, que suele permitir la instalación en un número limitado de equipos (a menudo uno) y puede ser transferida bajo ciertas condiciones. El usuario es propietario de la licencia, no del software en sí.
• Licencias por Volumen: Destinadas a organizaciones que necesitan múltiples licencias. Se venden en paquetes con precios reducidos por unidad y gestión centralizada.

Gestores de Arranque (Boot Loaders)

Software encargado de cargar el Sistema Operativo en memoria al encender el computador.

• NTLDR (NT Loader): Utilizado por Windows 2000, XP y Server 2003. Requiere estar en la partición raíz junto con boot.ini (menú de arranque) y NTDETECT.COM (detección de hardware).
• Administrador de Arranque de Windows (Bootmgr): Utilizado por Windows Vista, 7, 8, 10, 11 y Server 2008 en adelante. Controla el proceso inicial y llama a WinLoad.exe, que carga el núcleo del SO (ntoskrnl.exe). La configuración se almacena en la BCD (Boot Configuration Data).
• LILO (Linux Loader): Un gestor de arranque tradicional para Linux. Menos común actualmente.
• GRUB (GRand Unified Bootloader): El gestor de arranque más común en distribuciones Linux modernas. Es más moderno y flexible que LILO.

Gestión de Procesos y Memoria

Estados de un Proceso

Un proceso puede encontrarse en varios estados durante su ciclo de vida:

• Ejecución: El proceso está utilizando la CPU en ese momento.
• Preparado/Listo: El proceso está listo para ejecutarse y está esperando a que el planificador le asigne la CPU.
• (Otros estados comunes, no mencionados en el original, incluyen: Nuevo, Bloqueado/Esperando, Terminado)

Conceptos de Gestión de Memoria

• Swapping: Técnica que consiste en mover procesos (o partes de ellos) entre la memoria principal (RAM) y un almacenamiento secundario (como el disco duro, denominado memoria virtual o espacio de intercambio) para permitir la ejecución de más procesos de los que cabrían físicamente en la RAM.
• Fragmentación Interna: Espacio desperdiciado dentro de una partición de memoria asignada. Ocurre cuando el bloque de memoria asignado a un proceso es más grande que el tamaño real del proceso.
• Fragmentación Externa: Espacio desperdiciado entre particiones de memoria asignadas. Ocurre cuando hay suficientes huecos libres en total para satisfacer una solicitud de memoria, pero ninguno de los huecos es lo suficientemente grande por sí solo, y no son contiguos.