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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS

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SISTEMAS INFORMATICOS MONOUSUARIO: CARACTERISTICAS Y CAMPOS DE APLICACIÓN. FUNCIONAMIENTO Y PRESTACIONES GENERALES DE LOS ORDENADORES. UNIDAD CENTRAL DE PROCESO: ARQUITECTURA MICROPROCESADA CISC Y RISC, COPROCESADORES, MEMORIAS SEMICONDUCTORAS, MEMORIAS ESPECIFICAS CACHÉ, BUSES, CONTROLADORES ESPECIFICOS. SISTEMAS INFORMATICOS MULTIUSUARIO: CARACTERISTICAS Y CAMPOS DE APLICACIÓN. ENTORNO BASICO DE LOS SISTEMAS: SERVIDOR DEL SISTEMA, TERMINALES; COMPARTICION DE RECURSOS, NIVELES DE ACCESO.

39.1- SISTEMAS INFORMATICOS MONOUSUARIO: CARACTERISTICAS Y CAMPOS DE APLICACIÓN. A los equipos informáticos monousuario solo puede acceder un operador por lo que para poder procesar la información deberá disponer de los dispositivos necesarios. Todos los dispositivos del equipo son utilizados en exclusiva por el mismo operador. Cada ordenador necesita su propio sistema operativo instalado y sus aplicaciones informáticas. Hoy en día la mayoría de los ordenadores personales son equipos monousuarios. Los sistemas operativos monousuarios son aquellos que soportan a un solo usuario a la vez, sin importar el número de procesadores que tenga la computadora o el número de procesos o tareas que el usuario pueda ejecutar en un mismo instante de tiempo. Un sistema operativo monousuario (de mono: 'uno'; y usuario) es un sistema operativo que sólo puede ser ocupado por un único usuario en un determinado tiempo.

Ejemplo de sistemas monousuario son las versiones domésticas de Windows. Administra recursos de memoria procesos y dispositivos de las PC'S, Es un sistema en el cual el tipo de usuario no está definido y, por lo tanto, los datos que tiene el sistema son accesibles para cualquiera que pueda conectarse. En algunos sistemas operativos se accede al sistema por medio de un usuario único que tiene permiso para realizar cualquier operación. Este es el caso de los sistemas operativos más antiguos como MSDOS y algunos más recientes como la serie Windows 95/98/Me de Microsoft o MacOS (antes de MacOS X) de Macintosh. En estos sistemas no existe una diferenciación clara entre las tareas que realiza un administrador del sistema y las tareas que realizan los usuarios habituales, no disponiendo del concepto de multiusuario,un usuario común tiene acceso a todas las capacidades del sistema, pudiendo borrar, incluso, información vital para su funcionamiento. Un usuario malicioso (remoto o no) que obtenga acceso al sistema podrá realizar todo lo que desee por no existir dichas limitaciones.

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39.2- FUNCIONAMIENTO ORDENADORES.

Y

PRESTACIONES

GENERALES

DE

LOS

En la historia de las máquinas inventadas por el hombre, siempre se ha perseguido obtener mecanismos de un nivel de autonomía y eficacia suficiente que permitieran al hombre dejar de preocuparse por el proceso controlado por éstos, dedicando, de esta manera, mayor atención y tiempo al estudio de nuevas aplicaciones. En este campo, las máquinas de cálculo matemático son las que han evolucionado más rápidamente, hasta conseguir sistemas capaces de realizar todo tipo de operaciones matemáticas, sin realizar otro trabajo que introducir los datos con los que operar y esperar que se obtengan los resultados deseados. Un ordenador es un conjunto de dispositivos físicos que realizan una serie de instrucciones basadas en operaciones matemáticas y que permitirá introducir una serie de datos a tratar, almacenando esta información si fuese necesario, devolviendo el resultado de dichas operaciones. En una primera aproximación, la solución para implementar las instrucciones en un computador era utilizar un circuito físico específico, incluso analógico, denominado lógica cableada.

Cada bloque físico o HARDWARE realizaba una sola implementación de un programa constituido por una serie de secuencias aritméticas y lógicas y, si se pretendía realizar alguna operación distinta de las contenidas en el diseño de la lógica cableada, había que cambiar el hardware y cablear otro específico para su implementación. Posteriormente se desarrolló una solución que permite la modificación del funcionamiento del hardware, gracias a la introducción de un 2° bloque o unidad de control que se encargará de suministrar unas señales de control que servirán para definir qué operación es la que debe realizar el hardware. Dichas señales de control se generarán a partir de unas instrucciones de control previamente definidas. Las instrucciones de control forman lo que se denomina programa del sistema o SOFTWARE. Para que la máquina pueda operar con las instrucciones, datos o resultados, es necesario que éstos se encuentren disponibles para realizar las operaciones de forma automática. Por ello, se guardan temporalmente en un módulo de memoria que permita el acceso a los mismos de forma secuencial o aleatoria. Además, para poder realizar operaciones entre distintos bloques y con el exterior son necesarios unos módulos adicionales de entrada y salida (E/S), que permitan, por ejemplo, introducir datos o visualizar resultados.

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39.3- UNIDAD CENTRAL DE PROCESO: ARQUITECTURA MICROPROCESADA CISC Y RISC, COPROCESADORES, MEMORIAS SEMICONDUCTORAS, MEMORIAS ESPECIFICAS CACHÉ, BUSES, CONTROLADORES ESPECIFICOS. Las computadoras se desarrollan bajo la arquitectura VON NEUMANN que, desarrollada en la década de los años 40, presenta tres características principales: • • •

Instrucciones y datos asociados en una única memoria, de tipo lectura/escritura. Se accede a los contenidos de la memoria por direccionamiento único. La ejecución se realiza secuencialmente, salvo algún caso especial.

Por lo tanto, las computadoras estarán constituidas por tres grandes bloques: • • •

Unidad Central de Proceso (CPU). La memoria. Los módulos de entrada y salida (E/S).

Además, se necesita una estructura de interconexión de estos tres bloques que permita la transferencia de información entre ellos, que se materializa mediante una serie de líneas, agrupadas según el tipo de información que transportan y que reciben el nombre de Bus del Sistema. MEMORIA

CPU

Esquema básico

E/S

39.3.1. Unidad central de proceso La Unidad Central de Proceso es el cerebro del computador, donde se realizan todas las operaciones aritméticas, lógicas y de control del resto de los elementos del sistema. La C.P.U. se compone, básicamente, de 2 bloques: • La Unidad Operativa. • La Unidad de Control. Pag. Nº 3

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La Unidad Operativa es la parte de la CPU que se encarga de efectuar las operaciones aritméticas y lógicas, así como otras operaciones de traslación o rotación de bits, memorizando los datos y resultados de las operaciones temporalmente. Para realizar estas operaciones, la Unidad Operativa utiliza los siguientes elementos: . La Unidad Aritmético-Lógica (ALU). - Se compone de una serie de circuitos electrónicos cuya función es realizar una serie de operaciones aritméticas y lógicas con los datos de entrada. El resultado obtenido de estas operaciones se puede utilizar para realizar nuevas operaciones o puede ser trasladado a unidades exteriores para otros procesos. . Los Registros. - Son pequeñas unidades de memoria destinadas a contener de manera temporal los datos con los que se efectúan las operaciones o los resultados obtenidos de las mismas. Dentro de éstos, el más importante es el Acumulador, el cual interviene siempre en las operaciones que realiza la ALU, recibiendo uno de los datos con que se va a operar o para almacenar el resultado de la operación realizada. Algunas unidades operativas poseen 2 acumuladores, A y B, para realizar estas funciones. . El Registro de Estado. - Esta formado por un conjunto de bits que actúan como señalizadores o flags y permiten conocer el resultado de determinadas operaciones, como la paridad par o impar, resultado negativo, acarreo, etc. La Unidad de Control (Ue) es el bloque funcional de la CPU encargado de realizar la interpretación de las instrucciones y generará una serie de señales de control necesarias para comunicar con el resto de los elementos implicados en la ejecución de la misma. La UC lee de la memoria la instrucción y la decodifica para obtener el código de la microinstrucción que debe ejecutar, generando una serie de señales de control para gobernar todo el proceso. La Unidad de Control está formada por los siguientes bloques funcionales: Pag. Nº 4

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. Registro de Instrucciones. - Es la puerta de entrada a la Unidad de Control y es una unidad básica de memoria donde se almacena la siguiente instrucción a ejecutar, transferida desde la memoria principal. . Decodificador de Instrucciones. - Se encarga de seleccionar de la memoria de instrucciones, donde están guardados los códigos de operación o microinstrucciones, las correspondientes a la instrucción a ejecutar. . Secuenciador. - Es el elemento de la DC que genera las señales de control para controlar todos los elementos del sistema, en función de las microinstrucciones decodificadas anteriormente. Se encarga de generar, entre otras, las señales de selección de la operación que tiene que realizar la ALD. . El Contador de Programa (PC). - Es un registro especial en el que se encuentra guardada la dirección de memoria donde se encuentra la próxima instrucción a ejecutar. También se le denomina puntero de instrucciones y se incrementa en una unidad cada vez que la memoria ha aceptado el direccionamiento anterior. En algún caso de instrucciones especiales que rompan la secuencia de funcionamiento puede variar su contenido de forma diferente o, incluso, modificar su contenido en función de un resultado obtenido. . Registros Auxiliares. - Son unidades básicas de memoria que algunos fabricantes incorporan, destinadas a contener información que facilite las operaciones de control. Los registros más usuales son el registro índice, empleado para localizar determinadas posiciones de memoria, el registro de pila (Stack Pointer), que controla una zona determinada de memoria, los registros de trabajo, etc. 39.3.2. Arquitectura microprocesada CISC o RISC. Según el número de instrucciones que sea capaz de ejecutar un microprocesador, estos se clasifican en:  Arquitectura microprocesada CISC Complex Instruction Set Computer : (Computadoras con un conjunto de instrucciones complejo ) cada instrucción equivale a varias instrucciones simples por lo que no se accede tanto a memoria y se ejecutan mas rápido. La arquitectura CISC se refiere a los micorprocesadores tradicionales que operan con grupos grandes de instrucciones de procesador (lenguaje de maquina) Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos, en contraposición a la arquitectura RISC. Entre las ventajas de CISC destacan las siguientes: Reduce la dificultad de crear compiladores. Permite reducir el costo total del sistema. Reduce los costos de creación de sftware. Mejora la compactación de código. Facilita la depuración de errores.

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS 

Arquitectura microprocesada RISC Reduced Instruction Set Computer (Computadoras con un conjunto de instrucciones reducido). La arquitectura RISC a diferencia de los CISC tiene un set de instrucciones simples requeriendo uno o pocos ciclos de ejecucion. Con esta tecnología solo se dispone de las instrucciones máquina más importantes. Se necesita un coprocesador matemático para paliar la falta de instrucciones.

RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a favor de conjuntos de instrucciones pequeñas y simples que toman menor tiempo para ejecutarse. El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, el x86, está basado en CISC en lugar de RISC, aunque las versiones más nuevas traducen instrucciones basadas en CISC x86 a instrucciones más simples basadas en RISC para uso interno antes de su ejecución. La idea fue inspirada por el hecho de que muchas de las características que eran incluidas en los diseños tradicionales de CPU para aumentar la velocidad estaban siendo ignoradas por los programas que eran ejecutados en ellas. Además, la velocidad del procesador en relación con la memoria de la computadora que accedía era cada vez más alta. Esto con llevó la aparición de numerosas técnicas para reducir el procesamiento dentro del CPU, así como de reducir el número total de accesos a memoria. Entre las ventajas de RISC tenemos las siguientes: Incrementar el tamaño del conjunto de registros. Mayor velocidad en la ejecución de instrucciones. Implementar medidas para aumentar el paralelismo interno. Añadir cachés enormes. Añadir otras funcionalidades, como E/S y relojes para minicontroladores. Construir los chips en líneas de producción antiguas que de otra manera no serían utilizables. No ampliar las funcionalidades, y por lo tanto ofrecer el chip para aplicaciones de bajo consumo de energía o de tamaño limitado.

39.3.3. El coprocesador matemático (Numeric Data Procesor) Un coprocesador es un microprocesador de un ordenador utilizado como suplemento de las funciones del procesador principal (la CPU). Las operaciones ejecutadas por uno de estos coprocesadores pueden ser operaciones de aritmética en coma flotante, procesamiento gráfico, procesamiento de señales, procesado de texto, criptografía, etc. Y su función es evitar que el procesador principal tenga que realizar estas tareas de cómputo intensivo, estos coprocesadores pueden acelerar el

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS rendimiento del sistema por el hecho de esta descarga de trabajo en el procesador principal y porque suelen ser procesadores especializados que realizan las tareas para las que están diseñado más eficientemente. Además estos coprocesadores permiten a los compradores de ordenadores personalizar su equipamiento ya que sólo tendrán que pagar ese hardware específico quienes deseen o necesiten tener el rendimiento extra ofrecido por estos dispositivos. El coprocesador matemático es un circuito integrado que incrementa de forma notable la velocidad del ordenador en las operaciones aritméticas en coma flotante, es decir, en aquéllas en las que se manejan valores muy grandes, y con gran cantidad de números decimales. Las ventajas del uso de este coprocesador matemático son las siguientes: . Realiza las operaciones aritméticas en coma flotante a mayor velocidad que un microprocesador, ya que únicamente ha sido diseñado para tal fin. . Libera a la CPU la necesidad de realizar cálculos complejos, quedando ésta libre para realizar otro tipo de tareas. La forma de distinguir un microprocesador de un coprocesador, es mirando su serigrafía, ya que ambos suelen tener el mismo encapsulado. Mientras que los microprocesadores de Intel tienen la terminación 86, sus respectivos coprocesadores tienen la terminación 87. La instalación del coprocesador matemático se realiza de forma muy sencilla, basta con insertar el circuito integrado en un zócalo de la placa base destinado para tal fin. Aunque en los últimos microprocesadores ya viene incluido dentro del propio encapsulado, debido a su gran utilidad y alto rendimiento.

Aplicaciones de un coprocesador El coprocesador agiliza las operaciones donde se requieren un gran número de operaciones aritméticas en coma flotante. Así por ejemplo, en programas de tratamiento de texto, donde no se realizan una gran cantidad de operaciones aritméticas, su utilidad no se hace necesaria. Sin embargo, existen aplicaciones cuyo rendimiento se pone de manifiesto tales como: . Programas de hojas de cálculo En este tipo de programas, se requieren realizar una gran cantidad de operaciones y fórmulas con un número elevado de valores. . Programas de simulación: Tales como 3D Studio..., donde se necesitan realizar una gran cantidad de cálculos para generar el movimiento de las imágenes. . Aplicaciones de CAD: En este tipo de aplicaciones, tales como AutoCAD, o cualquier otro programa de diseño, requieren un gran número de operaciones para calcular la posición de cada uno de los vectores que definen un dibujo. . Aplicaciones de control numérico en máquinas industriales: Ciertas máquinas industriales como fresadoras y tornos, deben realizar una elevada cantidad de operaciones. Esto es, el calcular la posición en la que debe situarse la herramienta en Pag. Nº 7

TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS cada momento, para obtener la pieza deseada. . Programas de robótica: Para permitir una rápida y precisa movilidad de cualquier tipo de robots, se precisan realizar un gran número de cálculos. 39.3.4. La memoria La memoria de un computador es el dispositivo encargado de almacenar la información, ya sean instrucciones de programa o datos, y resultados de las operaciones que se efectúan en la unidad central de proceso durante la ejecución de una instrucción. La memoria de un microcomputador se puede clasificar en dos bloques diferenciados: memoria principal y auxiliar. La memoria principal es donde se guarda la información necesaria para la ejecución de un programa determinado. En general es de poca capacidad y se utiliza como memoria de la CPU. La forman los circuitos integrados construidos con elementos semiconductores, que permiten una mayor compatibilidad con la CPU para que el tiempo de acceso a la misma sea el menor posible. El tiempo de acceso es el retardo que se produce desde que la CPU solicita un dato a memoria hasta que el dato pedido llega a la CPU. La memoria principal se estructura como un conjunto de celdas elementales o posiciones de memoria que contienen palabras de información. Si se dispone de N bits, se puede organizarlos en palabras de M bits y se obtendrán K palabras de M bits. Por ejemplo, 1024 bits se pueden organizar en 512 palabras de 2 bits, o bien en 128 palabras de 8 bits. A estas posiciones de memoria se accede por dirección, excepto en la memoria caché cuyo acceso es asociativo, es decir, no existe dirección sino un patrón que permite a la CPU localizar el dato en un único acceso. Existen dos tipos de memoria, c1asificadassegún las operaciones que puedan realizarse en ellas y que son: . Memoria temporal o RAM (RandomAccess Memory). Es una memoria del tipo de lectura/escritura y la información depositada en ella tiene carácter temporal. Se utiliza para guardar la información que se utiliza durante la ejecución de un programa, borrándose la que existiera cuando se desconecta la alimentación. Su funcionamiento se basa en la carga de una capacidad. Por ello, para evitar el efecto de la descarga del condensador con el tiempo, se realiza el "refresco" de memoria, es decir, leer y volver a escribir el dato en la memoria. . Memoria permanente o ROM (Read Only Memory). Son memorias de sólo de lectura, en las que la información se graba una sola vez y permanece aunque se desconecte la alimentación. Se utilizan para guardar las microinstrucciones que utiliza la unidad de control para controlar todo el sistema y se caracterizan por la elevada velocidad de acceso y su alto coste. Existen otras versiones de este tipo de memoria que permiten la grabación de los programas por parte del usuario. Estas memorias permiten realizar prototipos o añadir instrucciones propias de los diseñadores. Algunos tipos son las memorias PROM, que permiten la grabación pero no el borrado de datos o las EPROM o EEPROM, que sí lo permiten.

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS La memoria auxiliar o masiva es la encargada de guardar toda la información del proceso a realizar. Contiene las instrucciones del programa a ejecutar y puede contener varios programas. Es memoria del tipo lectura/escritura y permite almacenar la información de forma permanente hasta que el usuario decida borrarla o reescribirla. Este tipo de memoria es de gran capacidad, alcanzando en algunos equipos capacidades de almacenamiento de información del orden de cientos de gigabytes. Utiliza soportes del tipo magnético, bien sea del tipo de cinta o de disco, o del tipo óptico y el tipo de acceso también dependerá del tipo de unidad. La unidad de cinta magnética utiliza acceso secuencial, con una estructura de bloques denominados registros (Records). El tiempo de acceso depende del bloque accedido inmediatamente anterior. Las unidades de disco utilizan acceso directo, accediendo directamente a la pista y leyendo secuencialmente la información contenida en la misma. El tiempo de acceso es prácticamente el tiempo de posicionamiento de las cabezas lectoras sobre la pista correspondiente. Este tipo de memoria externa se conecta a la unidad central de proceso mediante dispositivos de control de entrada y salida y es muy utilizada porque, aunque el tiempo de acceso es mucho mayor, su coste es muy inferior al de la memoria principal. Este hecho permite disponer de elevadas capacidades de almacenamiento de información y que únicamente se vuelque sobre la memoria principal la información necesaria para realizar un proceso concreto. 39.3.5. MEMORIAS ESPECÍFICAS CACHÉ La caché es una memoria que se sitúa entre la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria de acceso aleatorio (RAM) para acelerar el intercambio de datos. la memoria caché es la memoria de acceso rápido de una unidad central de procesamiento (CPU), que guarda temporalmente los datos recientes de los procesados. Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la caché; los accesos siguientes se realizan a dicha copia, haciendo que sea menor el tiempo de acceso medio al dato. Cuando el microprocesador necesita leer o escribir en una ubicación en memoria principal, primero verifica si una copia de los datos está en la caché; si es así, el microprocesador de inmediato lee o escribe en la memoria caché, que es mucho más rápido que de la lectura o la escritura a la memoria principal Existen tres tipos de memoria caché: . Ll (nivel 1). - Se encuentra integrada junto al procesador y es la más mayor velocidad. . L2 (nivel 2). - Suele colocarse externamente, aunque algunos microprocesadores también la llevan integrada. La cantidad instalada de este tipo de memoria afecta positivamente a las prestaciones del ordenador, especialmente si se utilizan sistemas operativos multitarea o multiusuario, donde se requiere almacenar gran cantidad de datos en memoria caché. Genera una copia de L1. L3 (nivel 3). - Esta memoria genera una copia a la L2. Es más rápida que la memoria

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS principal (RAM), pero más lenta que L2. En esta memoria se agiliza el acceso a datos e instrucciones que no fueron localizadas en L1 o L2. Es generalmente de un tamaño mayor y ayuda a que el sistema guarde gran cantidad de información agilizando las tareas del procesador. En la actualidad esta memoria ya no es tan usada.

39.3.6. El bus del sistema El bus del sistema permite la transmisión de información entre los componentes del ordenador. Una de las características mas interesantes del PC es la posibilidad de conectar dispositivos internos haciendo uso de las ranuras de expansión. La placa base dispone de varias de estas ranuras que están conectadas al microprocesador a través de los buses. El rendimiento con el que funciona un bus depende de dos aspectos. Por un lado la velocidad a la que trabaja, o lo que es lo mismo, la frecuencia de la señal de reloj con las que están sincronizadas las transferencias de datos; y por otra parte, el tamaño de los datos que pueden circular por el bus, es decir, su anchura. Existen varios tipos de buses:  ISA: Bus estándar, en desuso. Frecuencia de trabajo 8 Mhz con datos de 16 bits.  PCI: f= 33Mhz con datos 32 bits.  AGP: bus gráfico utilizado exclusivamente por las tarjetas de video. F= 66Mhz con datos de 32 bits.  Serial ATA o SATA. Serial ATA, S-ATA es una interfaz de bus de computadoras para la transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento, como la unidad de disco duro, lectora y grabadora de discos ópticos (unidad de disco óptico), unidad de estado sólido u otros dispositivos de altas prestaciones que están siendo todavía Pag. Nº 10

TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS desarrollados. Serial ATA sustituye a Pararell-ATA, P-ATA o también llamado IDE. El bus del sistema ha ido evolucionando, incorporando nuevas funciones y, sobre todo, mejorando la velocidad de transferencia de información entre los componentes del equipo. En un principio los buses ISA y VESA LOCAL eran los más utilizados, pero su escasa velocidad y algunos problemas de compatibilidad descartaron su utilización. En la actualidad el bus más empleado es el PCI que, permite su conexión directa al microprocesador y a la memoria principal. Los distintos dispositivos conectados al bus pueden asumir el control del mismo, únicamente uno cada vez, por lo que también incorpora un arbitraje de acceso que permita regular su funcionamiento. Este bus permite la autoconfiguración PnP (Plug and Play o conectar y usar) de los dispositivos que se conectan, lo que facilita la conexión de nuevas tarjetas. El principal inconveniente del bus PCI es que únicamente permite conectar dispositivos internos. La conexión de periféricos externos sigue realizándose a través del puerto serie o paralelo, lo que sigue limitando la velocidad y facilidad de conexión de más dispositivos. El bus USB (Universal Serial Bus) resuelve estos problemas, permitiendo que los periféricos puedan conectarse directamente al bus del sistema a través de un conector específico. Este bus admite la conexión de hasta 127 dispositivos, que pueden trabajar simultáneamente y aumenta la velocidad de transmisión de información hasta los 12 Mbps. El ordenador dispone de dos conectores para la conexión de dispositivos USB. El cable de los dispositivos USB está formado por 4 hilos con una longitud máxima de 5 metros. Cada dispositivo USB dispone también de dos conectores, uno para la conexión al bus y otro para la conexión del siguiente dispositivo USB que se instale, realizando una conexión en cascada de todos ellos. También se pueden utilizar HUBS o concentradores USB que disponen de varios puertos USB cada uno y permiten la conexión de varios dispositivos o de otros concentradores, hasta formalizar el total. El puerto USB utiliza una sola interrupción IRQ y una sola dirección de memoria para todos los dispositivos conectados, identificando cada uno de ellos con una ID exclusiva del dispositivo, por lo que todos ellos comparten los mismos recursos del sistema, lo que implica una mejor y más eficaz utilización de los mismos. Para instalar o desinstalar un dispositivo USB no es necesario apagar o reiniciar el ordenador, ya que permite la conexión en caliente. Esto es, el controlador USB detecta que se ha conectado o desconectado un dispositivo, intenta identificarlo y procede a cargar o descargar el driver correspondiente de la memoria. En la actualidad la velocidad de estos buses de comunicación está en las decenas de Mbps y Gbps, en la versión 3.0 de USB. Los buses de tercera generación se caracterizan por tener conexiones punto a punto, a diferencia de los buses arriba nombrados en los que se comparten señales de reloj. Esto se logra reduciendo fuertemente el número de conexiones que presenta cada dispositivo usando interfaces seriales. Entonces cada dispositivo puede negociar las características de enlace al inicio de la conexión y en algunos casos de manera dinámica, al igual que sucede en las redes de comunicaciones. Entre los ejemplos más notables, están los Pag. Nº 11

TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS buses PCI-Express, el Infiniband y el HyperTransport. También clasificar los buses como buses en serie y en paralelo. Bus paralelo Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, hasta las impresoras. El front-side bus de los procesadores Intel es un bus de este tipo y como cualquier bus presenta unas funciones en líneas dedicadas: Las líneas de dirección son las encargadas de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer comunicación. Las líneas de control son las encargadas de enviar señales de arbitraje entre los dispositivos. Entre las más importantes están las líneas de interrupción, DMA y los indicadores de estado. Las líneas de datos transmiten los bits de forma aleatoria de manera que por lo general un bus tiene un ancho que es potencia de 2. Un bus paralelo tiene conexiones físicas complejas, pero la lógica es sencilla, que lo hace útil en sistemas con poco poder de cómputo. En los primeros microcomputadores, el bus era simplemente la extensión del bus del procesador y los demás integrados "escuchan" las línea de direcciones, en espera de recibir instrucciones. En el PC IBM original, el diseño del bus fue determinante a la hora de elegir un procesador con I/O de 8 bits (Intel 8088), sobre uno de 16 (el 8086), porque era posible usar hardware diseñado para otros procesadores, abaratando el producto. Bus serial En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Aunque originalmente fueron usados para conectar dispositivos lentos (como el teclado o un ratón), actualmente se están usando para conectar dispositivos mucho más rápidos como discos duros, unidades de estado sólido, tarjetas de expansión e incluso para el bus del procesador.

39.3.7. Las tarjetas controladoras En la placa base también existen unas ranuras de expansión o slots que se utilizan Pag. Nº 12

TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS para conectar al bus del sistema los controladores de algunos periféricos. Estas tarjetas controladoras o de ampliación efectúan cada una el control de un dispositivo, como el monitor, o de varios simultáneamente, como la tarjeta de disco. Las tarjetas controladoras que se instalan usualmente en los ordenadores son: . La tarjeta gráfica. . La tarjeta de disco. . La tarjeta de comunicaciones . La tarjeta de sonido. . La tarjeta de red. Debemos resaltar que en la actualidad no se utilizan estas tarjetas controladoras o de expansión, debido a que sus funciones han sido integradas en la tarjeta principal (Motherboard) Tarjeta gráfica. La tarjeta gráfica equipa un procesador propio, denominado procesador gráfico, que es el encargado de realizar las operaciones gráficas con la información recibida del microprocesador. El resultado de estas operaciones se almacena en la memoria o buffer de la que dispone la propia tarjeta, para, después de realizar la conversión digitalanalógica de la información, ser transmitida al monitor. En un principio, el procesador de las tarjetas gráficas era del tipo 2D (bidimensional), pero la necesidad de aumentar la calidad de las representaciones gráficas en el monitor hizo que se desarrollaran tarjetas gráficas con capacidad para procesar imágenes en 3D (tridimensional) con elevada calidad. Una de las principales características de una tarjeta gráfica es el tipo, cantidad y velocidad de su memoria. La cantidad de memoria afecta a la resolución de la pantalla (640,480, 800,600, etc.), y a la cantidad de colores que puede utilizar simultáneamente (16, 256, 16 millones, etc.). Un valor mínimo que puede permitir obtener buenos resultados puede ser 2 MB de memoria, aunque para monitores de 17 o 21 pulgadas pueden ser necesarios 4 MB o más. Como se sabe, la placa base se comunica con la tarjeta gráfica a través del bus del sistema. Actualmente, para procesamiento gráfico, se está utilizando un puerto denominado AGP que permite la comunicación al doble de velocidad que el bus PCI, es decir, a 66 Mhz, pudiendo alcanzar transferencias de información de hasta 266 Mbps. Tarjeta de disco La tarjeta de disco está incluida en la configuración mínima de cualquier ordenador. Realiza el control de las unidades de almacenamiento extraíbles, como el disquete, el disco duro, el CD-ROM y otras. Para la conexión de estos dispositivos se pueden utilizar el interface IDE o el SCSI. La mayoría de las placas base incorpora una tarjeta controladora con interface IDE, habitualmente con bus PCI, que soporta la conexión de hasta 4 unidades de este tipo en 2 canales que funcionan de forma independiente. El interface IDE presenta el inconveniente de que en un mismo canal únicamente puede estar funcionando un disPag. Nº 13

TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS positivo a la vez, por lo que para comenzar el otro deberá esperar a que finalice el trabajo en curso. Este problema es especialmente grave si se conectan un dispositivo rápido y otro lento al mismo canal. El interface SCSI tiene mejores prestaciones que el IDE, permitiendo la conexión de hasta 7 dispositivos de tipo SCSI. Este interface resuelve el problema anterior, pudiendo acceder a varios dispositivos simultáneamente y aumentando, por tanto, la velocidad de los procesos. Tarjeta de comunicaciones La tarjeta de comunicaciones es la tarjeta que controla las entradas y salidas de información hacia dispositivos externos a la unidad central. Habitualmente suele llevar uno o dos puertos paralelo, para conexión de impresora o escáner, y dos o más puertos serie, para la conexión del ratón o módem. Más adelante se estudiarán más a fondo los puertos de comunicaciones serie y paralelo. Tarjeta de sonido La tarjeta de sonido es una tarjeta de ampliación necesaria en aplicaciones multimedia. Permite escuchar la información grabada como sonido, por lo que se utiliza juntamente con auriculares o altavoces. La tarjeta admite la grabación o reproducción de sonidos, por lo que también pueden conectarse micrófonos u otros dispositivos generadores de sonidos. Tarjeta de red La tarjeta de red, también conocida como placa de red, adaptador de red, adaptador LAN, cuya traducción literal del inglés es «tarjeta de interfaz de red» (TIR), es un componente de hardware que conecta una computadora a una red informática y que posibilita compartir recursos (como archivos, discos duros enteros, impresoras e internet) entre dos o más computadoras, es decir, en una red de computadoras.

39.4- SISTEMAS INFORMATICOS MULTIUSUARIO: CARACTERISTICAS Y CAMPOS DE APLICACIÓN. Un sistema multiusuario es aquel sistema en que varios usuarios comparten los recursos del sistema. Este sistema implica que exista un sistema central o principal y un sistema secundario o subordinado. La palabra multiusuario se refiere a un concepto de sistemas operativos, pero en ocasiones también puede aplicarse a programas de ordenador de otro tipo (e.j. aplicaciones de base de datos). En general se le llama multiusuario a la característica de un sistema operativo o programa que permite proveer servicio y procesamiento a múltiples usuarios simultáneamente (tanto en paralelismo real como simulado).En contraposición a los sistemas monousuario, que proveen servicio y procesamiento a un solo usuario, enla categoría de multiusuario se encuentran todos los sistemas que cumplen Pag. Nº 14

TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS simultáneamente las necesidades de dos o más usuarios, que comparten los mismos recursos. Actualmente este tipo de sistemas se emplean especialmente en redes, pero los primeros ejemplos de sistemas multiusuario fueron sistemas centralizados que se compartían a través del uso de múltiples dispositivos de interfaz humana (e.g. una unidad central y múltiples pantallas y teclados).

El principio del concepto es facilitar compartir los recursos de procesamiento, almacenamiento y periféricos varios, reduciendo el tiempo ocioso en el (o los) procesador(es), e indirectamente implica reducción de los costos de energía y equipamiento para resolver las necesidades de cómputo de los usuarios. Ejemplos de sistemas operativos con característica de multiusuario son VMS y Unix, así como sus múltiples derivaciones (e.g. IRIX, Solaris, etc.) y los sistemas tipo Unix como Linux, FreeBSD y Mac OS X. Los recursos que se comparten son por lo regular una combinación de: 

Procesador.



Memoria.



Almacenamiento secundario (almacenaje en disco duro).



Programas.



Periféricos como impresoras, plotters, scanners, etc.

De tal modo que los múltiples usuarios tienen la impresión de utilizar un ordenador y un sistema operativo unificado, que les están dedicados por completo

Al principio, estos sistemas utilizaban una organización jerarquizada, en la cual el sistema central era un superordenador que se encargaba de realizar todo el procesamiento de la información. El sistema secundario eran terminales no inteligentes, sin capacidad de procesamiento (sin microprocesador ni memoria) que accedían al sistema central. Estos terminales solo realizaban la función de introducción de datos y la visualización del resultado, por lo que servían exclusivamente como medio de comunicación del operador con el sistema central. Los usuarios conectados a un sistema multiusuario comparten el tiempo de procesamiento de la CPU central y de la memoria. Posteriormente se plantearon nuevos sistemas de organización para la conexión de los distintos usuarios que forman el sistema multiusuario para que fueran mas eficaces, apareciendo de este modo las redes de ordenadores y en un sentido más concreto las rede locales.

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS 39.5- ENTORNO BASICO DE LOS SISTEMAS: SERVIDOR DEL SISTEMA, TERMINALES; COMPARTICION DE RECURSOS, NIVELES DE ACCESO. Las redes de área local interconectan terminales inteligentes que funcionan independientemente como clientes o servidores. Los terminales conectados a una LAN son de tipo inteligente, es decir, tienen capacidad de procesamiento y memoria propia. Un usuario puede procesar la información independientemente de los demás y solamente se conecta con otros usuarios para compartir algún recurso del sistema, ya sea de hardware o de software. Los equipos informáticos utilizados en una red LAN pueden ser de dos tipos: 

Servidores: Son aquellos que se utilizan como unidad central, actuando como suministrador de datos y programas, periféricos, etc. Dispone de un software específico que permite compartir los recursos por parte de todos los componentes de la red.



Clientes: Son estaciones de trabajo con capacidad de procesamiento y memoria propias, como por ejemplo, un ordenador. Las aplicaciones informáticas funcionan en cada unidad independientemente, por lo que pueden ajustarse a las necesidades propias de cada estación.

La comunicación entre las distintas unidades necesita de un soporte físico que realice la función de medio de transmisión, como pares de hilos trenzados o fibra óptica. Se necesita también un protocolo de comunicación que establezca un control del flujo de información y un modo de transmisión de la señal.

La arquitectura cliente-servidor es un modelo de diseño de software en el que las tareas se reparten entre los proveedores de recursos o servicios, llamados servidores, y los demandantes, llamados clientes. Un cliente realiza peticiones a otro programa, el servidor, quien le da respuesta. Esta idea también se puede aplicar a programas que se ejecutan sobre una sola computadora, aunque es más ventajosa en un sistema operativo multiusuario distribuido a través de una red de computadoras.

En esta arquitectura la capacidad de proceso está repartida entre los clientes y los servidores, aunque son más importantes las ventajas de tipo organizativo debidas a la centralización de la gestión de la información y la separación de responsabilidades, lo que facilita y clarifica el diseño del sistema. La separación entre cliente y servidor es una separación de tipo lógico, donde el servidor no se ejecuta necesariamente sobre una sola máquina ni es necesariamente un sólo programa. Los tipos específicos de servidores incluyen los servidores web, los servidores de archivo, los servidores del correo, etc. Mientras que sus propósitos varían de unos servicios a otros, la arquitectura básica seguirá siendo la misma.

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS Una disposición muy común son los sistemas multicapa en los que el servidor se descompone en diferentes programas que pueden ser ejecutados por diferentes computadoras aumentando así el grado de distribución del sistema.

Los servicios son utilizados por programas denominados programas clientes que se ejecutan en equipos clientes. Por eso se utiliza el término "cliente" (cliente FTP, cliente de correo electrónico, etc.) cuando un programa que se ha diseñado para ejecutarse en un equipo cliente, capaz de procesar los datos recibidos de un servidor (en el caso del cliente FTP se trata de archivos, mientras que para el cliente de correo electrónico se trata de correo electrónico). En la arquitectura C/S el remitente de una solicitud es conocido como cliente. Sus características son: Es quien inicia solicitudes o peticiones, tienen por tanto un papel activo en la comunicación (dispositivo maestro o amo). Espera y recibe las respuestas del servidor. Por lo general, puede conectarse a varios servidores a la vez. Normalmente interactúa directamente con los usuarios finales mediante una interfaz gráfica de usuario. Al receptor de la solicitud enviada por el cliente se conoce como servidor. Sus características son: Al iniciarse esperan a que lleguen las solicitudes de los clientes, desempeñan entonces un papel pasivo en la comunicación (dispositivo esclavo). Tras la recepción de una solicitud, la procesan y luego envían la respuesta al cliente. Por lo general, acepta las conexiones de un gran número de clientes (en ciertos casos el número máximo de peticiones puede estar limitado). En la arquitectura C/S sus características generales son: El Cliente y el Servidor pueden actuar como una sola entidad y también pueden actuar como entidades separadas, realizando actividades o tareas independientes. Las funciones de Cliente y Servidor pueden estar en plataformas separadas, o en la misma plataforma. Cada plataforma puede ser escalable independientemente. Los cambios realizados en las plataformas de los Clientes o de los Servidores, ya sean por actualización o por reemplazo tecnológico, se realizan de una manera transparente para el usuario final. La interrelación entre el hardware y el software están basados en una infraestructura poderosa, de tal forma que el acceso a los recursos de la red no muestra la complejidad de los diferentes tipos de formatos de datos y de los protocolos. Su representación típica es un centro de trabajo (PC), en donde el usuario dispone de sus propias aplicaciones de oficina y sus propias bases de datos, sin dependencia directa del sistema central de información de la organización.

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS

Ventajas de la arquitectura cliente/servidor El modelo cliente/servidor se recomienda, en particular, para redes que requieran un alto grado de fiabilidad. Entre las principales ventajas se puede mencionar: recursos centralizados, el servidor es el centro de la red y puede administrar los recursos que son comunes a todos los usuarios, por ejemplo, una base de datos centralizada se utilizaría para evitar problemas provocados por datos contradictorios y redundantes; seguridad mejorada, ya que la cantidad de puntos de entrada que permite el acceso a los datos no es importante; administración al nivel del servidor, los clientes no juegan un papel importante en este modelo, requieren menos administración; red escalable, gracias a esta arquitectura, es posible quitar o agregar clientes sin afectar el funcionamiento de la red y sin la necesidad de realizar mayores modificaciones.

Desventajas del modelo cliente/servidor La arquitectura cliente/servidor también tiene las siguientes desventajas: costo elevado, debido a la complejidad técnica del servidor; un eslabón débil, el servidor es el único eslabón débil en la red de cliente/servidor, debido a que toda la red está construida en torno a él. Afortunadamente, el servidor es altamente tolerante a los fallos

CLASIFICACION DE LAS REDES INFORMATICAS 

Clasificación general: o Redes punto a punto. Son aquellos tipos de redes en los cuales la comunicación se realiza mediante mas de un canal de transmisión. En una red punto a punto, un mismo mensaje tiene que pasar por una o varias máquinas antes de llegar al receptor. Se pueden dar múltiples rutas diferentes. o Redes de difusión: Son aquellos tipos de redes en los que tenemos un solo canal para todos los ordenadores conectados entre sí y donde dicho canal está compartido por todos. El mensaje que envíe un equipo a otro es recibido por todos los demás, pero en ese mensaje existirán unos datos que indicarán la dirección de destino, por lo que el resto de terminales ignorarán el mensaje.

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Dependiendo de la distancia: o LAN: Local Area Network. Red de area local. La extensión que abarca es de unos pocos kilómetros. o MAN: Metropolotan Area Network. Red de área metropolitana. La extensión geográfica es de unos 50 Km. o WAN: Wide Area Network. Red de área extensa. Abarca un país o un continente.

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Dependiendo de la utilización: Pag. Nº 18

TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS o Privada: También denominadas líneas dedicadas. o Pública: TOPOLOGIA DE REDES La topología de redes es la forma geométrica que adquieren los distintos tipos de redes que hemos mencionado, una vez conectados entre si todos los elementos que componen la red. 

ESTRELLA: La forma que adopta el conjunto de equipos conectados es como su nombre indica, el de una estrella. Los equipos están todos conectados a un nodo central. Este nodo es el que hace posible la comunicación entre los distintos equipos. Cada vez que un equipo quiera comunicarse con otro tendrá que pasar por este nodo central. Este nodo central es otro ordenador. La desventaja es que si el nodo central deja de funcionar, la comunicación entre los distintos terminales no podrá realizarse.

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BUS: También denominada ETHERNET. Es una de las topologías lógicas mas utilizadas actualmente en las redes LAN en combinación con la topología estrella física. El medio de transmisión es compartido por todos los ordenadores. La desventaja es que el medio está saturado de datos cuando todos quieren emitir a la vez y puede haber colisiones entre ellos perdiéndose el mensaje.

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ANILLO: Su nombre nos indica la forma geométrica que presenta. Similar al estándar Ethernet, aquí podemos hablar del estándar Token Ring. Tiene como desventaja que si un nodo falla la red entera falla.

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ARBOL: es una red punto a punto.

La topología mas utilizada en una LAN es bus lógica, estrella física, en la que los distintos elementos que componen la red comparten un único soporte físico de transmisión. Para compartir recursos en una red, lo primero que hay que hacer es conectar el ordenador a la red e instalar un protocolo de comunicación como el TCP/IP. Tendremos que asignarle un nombre a la máquina para diferenciarla del resto y un grupo de trabajo. Ahora ya podemos compartir un recurso y asignarle un nivel de acceso (lectura, escritura, total)

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TEMA 39. SISTEMAS INFORMATICOS 

Control de acceso a los recursos.

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Control de acceso a los usuarios.

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