Tema 21 – Sistemas informáticos. Estructura física y funcional.

1. Introducción. 1

1.1. Relación con los ciclos impartidos en FP. 1

1.2. Introducción a los Sistemas Informáticos. 1

2. El Ordenador, Estructura Física y Funcional. 1

2.1. Estructura Física. 1

2.2. Estructura Funcional 2

3. Los Sistemas Informáticos en las Organizaciones. 3

3.1. Estructura funcional 3

3.2. Estructura física. 4

4. Bibliografía y Personalidades Influyentes/Destacadas. 5

4.1. Bibliografía. 5

1. Introducción

1.1. Relación con los ciclos impartidos en FP

Este tema está directamente relacionado con los siguientes módulos y ciclos formativos de la rama de informática:

· CFGS Administración de Sistemas Informáticos:

o Sistemas informáticos monousuario y multiusuario (SyAI).

o Redes de área local (Informática).

· CFGS Desarrollo de Aplicaciones Informáticas:

o Sistemas informáticos multiusuario y en red (SyAI).

· CFGM Explotación de Sistemas Informáticos:

o Sistemas operativos en entornos monousuario y multiusuario (SyAI).

o Instalación y mantenimiento de equipos y sistemas informáticos (SyAI).

o Instalación y mantenimiento de servicios de redes locales (Informática).

1.2. Introducción a los Sistemas Informáticos

La ISO (Organización Internacional de Estandarización), define un Sistema Informático como:

“una o más computadoras, el software asociado, los periféricos, los terminales, los operadores humanos, los proceso físicos, los medios de transmisión de la información, etc., que constituyen un todo autónomo capaz de realizar un tratamiento de la información.”

· En esta definición, ha tenido mucho que ver la Teoría General de los Sistemas (TGS).

· Teoría General de los Sistemas: Es una metodología global para la resolución de problemas científicos en todas las materias. Abarca dos aspectos fundamentales: el semántico y el metodológico. Son muchos los aportes semánticos, algunos de estos son definiciones de Sistema abierto/cerrado, Subsistema, Organización, Modelo, Estructura, Entrada, Salida, etc. En cuanto a los aportes metodológicos cabe destacar el enfoque sistémico de análisis, que permite el análisis de un sistema desde un punto de vista global, como si de una caja negra se tratara, en la que sólo importan las entradas y las salidas, e ir descomponiendo dicha visión de arriba abajo mediante refinamientos sucesivos, es decir, describiendo el interior de dicha caja, como cajas más pequeñas relacionadas entre sí, hasta que los subsistemas sean lo suficientemente simples como para estudiarlos con facilidad.

· Está claro que un ordenador personal es un Sistema Informático, pero también lo es un centro de proceso de datos de una organización, o el conjunto de instalaciones informáticas en una empresa con organización informática distribuida. Para el desarrollo de este tema, vamos a partir de una unidad física y funcional mínima, es decir el ordenador, para ir ascendiendo hasta llegar al nivel máximo que se puede alcanzar dentro de una misma unidad organizativa, la intranet y el Departamento de Proceso de Datos, tenga éste estructura centralizada o distribuida.

2. El Ordenador, Estructura Física y Funcional.

2.1. Estructura Física

· Arquitectura de Von Neuman: La idea VN consistió en conectar permanentemente las unidades de la computadora, siendo coordinado su funcionamiento bajo un control central. Las unidades de un ordenador son las siguientes:

· Unidad Central de Proceso (CPU): Compuesta tradicionalmente por registros, la Unidad Aritmético-Lógica que descodifica y ejecuta las operaciones, y la Unidad de Control, que lee una tras otra las instrucciones, y genera las señales necesarias para que se ejecuten las instrucciones leídas. En la Actualidad se les conoce como microprocesadores. En un único chip se integran millones de transistores, utilizan técnicas superescalares, y tienen múltiples subsistemas, como Procesadores de coma flotante, Sistemas de gestión de memoria, Memoria caché, etc. Algunos son: PentiumIV, AMD Atlon, Itanium, PowerPC.

· Memoria Principal: Unidad de almacenamiento volátil dividida en celdas que se identifican mediante una dirección. Cada celda está formada por un conjunto de bits que son el elemento básico de información. Se realizan mediante semiconductores basados en biestables (SRAM), o en condensadores (DRAM). Se instalan mediante módulos SIMM, DIMM o RIMM.

· Memoria Caché: Las CPUs se construyen con circuitos integrados muy rápidos, esto obliga disponer de memorias lo más rápidas posibles, sin embargo éstas son muy caras, por lo que se distribuyen distintos tipos de memoria de menor a mayor capacidad y de mayor a menor velocidad en distintos niveles jerárquicos. Este es el principio en el que se basa la memoria caché, una memoria de alta velocidad y baja capacidad, que contendrá en todo momento los datos que se ejecutarán de forma inmediata en la CPU. De nivel 1 (L1) se integra en el microprocesador y de nivel 2 (L2), fuera de éste. Algunos también llevan de nivel 3 (L3).

· Unidades de Entrada/Salida: Realiza la transferencia de información entre la CPU o la memoria, y los periféricos. Actualmente la “placa base”, incluye múltiples controladores de dispositivos como controladores IDE, PCI, USB, o controladoras de tarjetas gráficas. Para añadir controladores de dispositivos adicionales, tales como controladores de SCSI, aceleradoras de gráficos 3D, etc. se instalan mediante tarjetas en las ranuras de expansión PCI, ISA o AGP de la citada placa base.

· Periféricos: Son dispositivos electrónicos y/o mecánicos que permiten la comunicación directa con el mundo exterior, tales como: Dispositivos de almacenamiento masivo, impresoras, teclados, pantallas, etc. Se suelen conectar a puertos serie, paralelo, usb o fireware.

· Buses: Elemento de comunicación de los computadores: pistas en circuitos impresos, cables de cobre o fibra óptica entre otros. AGP, PCI, SCSI, Serial ATA, etc.

· Otros: Cualquier equipo actual suele contener además, unidades CD-ROM/DVD, Unidades de disco (discos duros), tarjeta gráfica, tarjeta de sonido, tarjeta ethernet, modem y fuente de alimentación entre otros, además de múltiples periféricos.

2.2. Estructura Funcional

· Vamos a realizar el estudio de la funcionalidad de un ordenador, según la organización jerárquica de los sistemas complejos, empezando por el nivel más alto.

· Nivel de máquina simbólica/ Nivel de Usuario: En este nivel se llevan a cabo las tareas de programación y administración de los sistemas informáticos orientadas a la productividad final.

o Lenguajes de programación de alto nivel: Cobol, C, C++, Java, Ada, etc. Tienen como objetivo principal liberar al programador de tareas tediosas y complejas, que frenaban la productividad y la eficiencia de los mismos, de cara a crear las aplicaciones de usuario que permitan obtener del sistema informático la utilidad requerida. Tienen un gran nivel de abstracción y son próximos al lenguaje natural. Actualmente abundan los IDE (Entornos de desarrollo integrados) como Visual Studio par Windows, o Eclipse para Linux, que facilitan enormemente la labor de desarrollo, además de herramientas CASE, lenguajes de 4ª generación no procedimentales, y otras innovaciones relacionadas con la ingeniería del software.

o Software de aplicación: Aquí se incluyen todas las aplicaciones de usuario tales como programas ofimáticos, programas educativos, programas de ocio, aplicaciones científicas, programas de contabilidad y administración, navegadores Web, clientes de correo electrónico, antivirus, etc.

· Nivel de Sistema Operativo: Se llevan a cabo el estudio e implementación de las tareas de soporte y mantenimiento que permiten al sistema informático desempeñar las funciones demandadas por el usuario final

o Soporte para el funcionamiento local: Un Sistema Operativo es un programa que controla la ejecución de los programas de aplicación y que actúa como interfaz entre el usuario de un computador y el hardware del mismo (Stalling, 2001). Ejemplos son Unix, W2K, Linux, Solaris, etc. Los subsistemas típicos de un sistema operativo: Gestión de archivos, Gestión de entrada/salida, Gestión de procesos, Servicios del sistema (arranque del sistema, interfaz de usuario, GUI, etc.) y Servicios del núcleo (scheduler, dispatcher, APIs, etc.).

o Soporte para el funcionamiento en red: Los Sistemas Operativos Modernos pueden dividirse en dos categorías, sistemas operativos para estaciones clientes, y sistemas operativos para equipos servidores. Los primeros implementan un conjunto de herramientas que permiten que los recursos físicos y lógicos puedan compartirse por distintos usuarios desde distintos puntos de acceso al sistema. Los SO para equipos servidores controlan la gestión y la seguridad de los recursos compartidos y proporcionan servicios de red y otros: Servicios de Directorio, DHCP, DNS, LDAP, Servidores de Seguridad, Servidores de Archivos, Servidores de Impresión, NAT, Enrutamiento, etc.

· Nivel de Máquina: Es el nivel más cercano a la máquina en el que existe la posibilidad de interacción habitual entre el usuario (en este caso en lenguaje ensamblador) y el sistema informático.

o Lenguaje máquina: Es el único lenguaje de programación que entiende directamente la máquina. Utiliza el alfabeto binario (símbolos 1 y 0), y las instrucciones son, por tanto, conjuntos de unos y ceros. Fue el primer lenguaje de programación, pero dejó de utilizarse debido a la complejidad de su utilización, ya que era necesario conocer perfectamente la arquitectura de la máquina, y era totalmente dependiente de ésta.

o Lenguaje ensamblador:. Se sustituyen los códigos numéricos y las direcciones de memoria por representaciones textuales equivalentes a las instrucciones máquina, o a las direcciones de memoria que representan. Permiten incluir comentarios. Siguen guardando una fuerte relación con los lenguajes máquina.

· Nivel de la microprogramación: La micromáquina está definida por sus microinstrucciones y la ruta real de datos que controlan. Un programa es un conjunto de instrucciones que son almacenadas secuencialmente en posiciones o direcciones sucesivas de memoria y que serán ejecutadas una tras otra:

1. Lectura en memoria de la nueva instrucción a ejecutar

2. Decodificación de la instrucción y cálculo de las direcciones de los operandos

3. Lectura en memoria para extraer los operandos y envío de estos a la UAL junto con las señales de control oportunas

4. Almacenamiento del resultado en la posición indicada por la instrucción y cálculo de la dirección de la instrucción siguiente

· Nivel de la lógica de circuitos: Las funciones lógicas se realizan mediante puertas, que son a su vez, circuitos combinacionales y secuenciales.

· Nivel electrónico: Es el nivel más bajo, y se trata a la máquina como un conjunto componentes electrónicos: transistores, diodos, resistencias, condensadores, etc., y las conexiones entre éstos.

3. Los Sistemas Informáticos en las Organizaciones

3.1. Estructura funcional

· Antes de la generalización de los ordenadores personales como sistemas autónomos, la estructura de las organizaciones se basaba en sistemas multiusuario centralizados que realizaban todas las operaciones y terminales no autónomos que sólo servían para enviar peticiones y recibir resultados.

· En la actualidad esto ha cambiado en gran medida. En las organizaciones actuales el nivel de conexión entre equipos informáticos es muy alto, siendo cada vez más habitual que en una misma organización se den los ámbitos intranet/extranet, y que a su vez tenga acceso y presencia en Internet. Existen varias estructuras básicas:

· Sistemas autónomos en red: En la mayoría de organizaciones en las que se utilizan sistemas informáticos, existe, al menos, uno o varios sistemas autónomos (ordenadores) conectados en red, lo que posibilita la comparición de recursos físicos y lógicos por distintos usuarios desde distintos puntos de acceso al sistema.

· El modelo cliente-servidor: Hace referencia al modelo genérico en el que los productores y los consumidores de un servicio son procesos diferentes, que pueden o no estar en la misma máquina, y se comunican mediante mensajes. El cliente realizará una petición y el servidor procesará la información y contestará con el resultado. Existen diversos contextos como sistemas operativos, bases de datos, servicios de red (dns, dhcp, etc.). En este caso, la lógica de presentación se ejecuta en el ordenador cliente, la gestión de datos en el servidor, y la lógica de proceso puede ejecutarse en el cliente o en el servidor, según los clientes sean más o menos “delgados” o “pesados”. Puede decirse que el software reparte su carga de cómputo entre el cliente y el servidor, pero sin reparto claro de funciones.

· El modelo Three Tier (tres capas): La evolución del modelo cliente-servidor dio como lugar el modelo de tres capas, en éste, la carga de computo se reparte en tres partes con un reparto claro de funciones. El modelo cliente servidor tenía algunos problemas que se solucionan con el modelo de tres capas:

o La dependencia de las aplicaciones cliente respecto al Sistema Operativo de las máquinas anfitrión, lo que obliga al desarrollo de una aplicación cliente por cada Sistema Operativo (Windows, Linux, Mac OS X, etc.).

o clip_image002El alto esfuerzo de instalación y mantenimiento de las aplicaciones cliente.

Las tres capas son las siguientes:

o Capa de presentación: Proporciona la interfaz necesaria para presentar y obtener información del usuario, y comunicarse con los servicios de negocio. El contexto de presentación corresponde usualmente a un navegador Web y/o a aplicaciones Java. La idea fundamental es utilizar el navegador Web como cliente universal, además, actualmente poseen gran capacidad de interacción, pueden manejar información multimedia, y ejecutar aplicaciones en el lado cliente con tecnologías como ActiveX, Java, C# o flash, y scripts en JScript, VBScript, etc.

o Capa de lógica de negocios: Vinculo intermedio entre el usuario y los servicios de datos que implementa las tareas y reglas de negocio para las que la aplicación fue diseñada, un ejemplo de tarea de negocio sería la actualización del número de elementos en un almacén si se acaba de indicar que se ha recibido un pedido.

Los servicios de la capa de negocios corresponden a un servidor de aplicaciones que incluye simultáneamente un servidor Web. Las aplicaciones pueden programarse mediante php, .net, jsp/servlets, cgis, pl/sql, etc.

o Capa de datos: contiene toda la información como tal, y se encarga de la inserción, actualización y borrado de datos; de la recuperación de datos; de las copias de respaldo y la recuperación en caso de fallo; control de la seguridad; etc. Puede integrarse por SGBD, servidores de correo electrónico, servicios de directorio, servidores de archivos, etc.

o A parte de todo lo mencionado, dentro de una red de una organización de tamaño medio-grande, existirán servidores o routers que proporcionen servicios de red, tales como DNS, DHCP o NAT.

· Modelo Internet: El empujón a estos modelos ha venido de la mano de la globalización de las redes de datos a través de Internet y sus servicios asociados como WWW, FTP, correo electrónico y demás. Las organizaciones empiezan a utilizar el mismo modelo para la comunicación interna de la empresa, aprovechando las infraestructuras de las redes locales y el modo operativo típico de Internet, llegando así al concepto de intranet, o de ofrecer a sus clientes y proveedores servicios privados mediante extranets, o para conectar entre sí de forma barata las distintas sedes de la misma organización mediante redes privadas virtuales (VPN). Cuando se combina el modelo de tres capas con las posibilidades de Internet aparece lo que se denomina modelo Internet, que es la ejecución de aplicaciones multicapa a través de Internet.

o Ventajas: El cliente (navegador) puede estar trabajando a nivel corporativo, departamental o incluso de otra organización. Las aplicaciones son plenamente transportables. El interfaz es único. Los costes de mantenimiento de las estaciones cliente se reducen al ser necesario únicamente un navegador Web y sin necesidad de actualizar las aplicaciones en los clientes, sino en el servidor de aplicaciones.

3.2. Estructura física

· Estructura centralizada: Los primeros sistemas informáticos en las organizaciones se estructuraron mediante una centralización pura, con un mainframe y muchos clientes “tontos” sin capacidad de proceso. No obstante aún se encuentra en algunas organizaciones.

· Estructura policéntrica distribuida: Es la más común en la actualidad. Consiste en una distribución total de los recursos destinados a la captación y presentación de información, normalmente mediante PCs a modo de estaciones de trabajo, incluso en cierta distribución de la capacidad de procesamiento, mediante servidores de la capa de datos y de la capa de lógica de negocios, tales como servidores de aplicaciones/Web o servidores de Directorio. Aún así, es común la concentración de servidores de las capas de lógica de negocios y de datos.

· La estructura física de los sistemas de información de una organización dependen en gran medida de la propia estructura física de la organización, tal como la dispersión geográfica de oficinas, y del carácter reservado de la información que se procesa, lo que normalmente obliga a la concentración de los recursos en uno o dos centros de datos (duplicación de los datos en un sitio físico distinto), con el fin de incrementar la seguridad, integridad, y protección general de la información procesada.

· Hardware de red: Existen diversas topologías, como en Bus, Anillo, Estrella, Árbol o Mallada, sin embargo, se suele tener una mezcla de éstas. Dentro de un departamento donde todos los equipos están próximos entre sí (LAN), se utiliza una topología en estrella, donde todos los equipos se conectan a un router, hub o switch para comunicarse entre sí. En caso de organizaciones de tamaño medio-grande, todas las estaciones de trabajo de cada departamento se conectarán a un router en forma de estrella, y todos los routers se conectarán entre sí por medio de una red de alta velocidad (por ejemplo mediante GigaBit Ethernet de 1000Mbps) con, por ejemplo, topología mallada para incrementar la velocidad. Además, es común la existencia de sistemas inalámbricos WIFI, para la conexión de equipos en espacios físicos no cableados o para equipos portátiles. Por otro lado, si existen oficinas dispersas geográficamente (WAN), estas se pueden conectar por medio de enlaces punto a punto por redes “públicas”, contratando un caudal de tráfico determinado a una compañía telefónica, o mediante Internet, usando Redes Privadas Virtuales (VPN) y cifrando el tráfico (IPSec). Si la organización tiene conexión y/o presencia en Internet mediante Servidores Web en la propia organización, será necesaria la instalación de uno o varios firewalls que delimiten las zonas de seguridad.

4. Bibliografía y Personalidades Influyentes/Destacadas

4.1. Bibliografía

· Tanenbaum, A. S.: “Sistemas operativos modernos”. 2ª Ed. Prentice Hall. 2003.

· Tanenbaum, A. S.: “Redes de computadoras”. 3ª Prentice Hall. 1997.

· Stallings, W.: “Sistemas operativos”. 5ª Ed. Prentice Hall.2005.

· Stallings, William: “Organización y arquitectura de computadores. 5ª Ed. Pearson Educación, 2000

· http://es.tldp.org Documentación libre en español de Linux/Unix

· http://www.tutorialparaprofesores.com Documentación de Microsoft para profesores.

· http://technet.microsoft.com Documentación tecnológica de Microsoft

· https://java.sun.com Sitio Web de Sun Microsystems

· http://www.omg.org Sitio web del Object Management Group

· http://www.cepis.org/prof/eiss.htm Presentación del EISS (European informatics Skills Structure) realizado por el CEPIS

Publicado: marzo 17, 2019 por Laura Gonzalez

Etiquetas: tema 21 informatica