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El nivel de infraestructura
De qué tratan las materias del nivel de Infraestructura ?
Los sistemas informáticos comprenden un conjunto de capas, de las cuales normalmente, en las organizaciones, la más visibles es el sistemas de gestión, cualquiera sea la complejidad del mismo. Sin embargo, las capas inferiores son las que propician el funcionamiento de los SI.
Más concretamente nos referimos al nivel de infraestructura, que abarca: arquitectura de los sistemas (sus componentes físicos); sistemas operativos (la parte más baja de software); elementos de conectividad, comunicaciones y redes; gestores de bases de datos e inteligencia de datos y de negocio; y herramientas de gestión de la seguridad.
Bases de datos y redes se trabajan en materias específicas.
La seguridad es un tema muy dinámico, y se va analizando en diferentes asignaturas desde su óptica, y eventualmente con alguna materia electiva si es la especialización que el profesional quiere.
Nos queda, para esta materia Arquitectura del Computador y la del semestre siguiente, Sistemas Operativos, detallar los niveles de Arquitectura y Sistema Operativo respectivamente.
Qué es una computadora ?
Una computadora, computa. Computar es procesar DATOS. Ese proceso de datos, se describe por: Entrada , Proceso, Salida.
Cualquier máquina que responda a esta definición, es una computadora.
Lo son: notebooks, PCs, PCs gamer, router, celular, server, reloj de pulsera, el módulo de enfriamiento de una heladera, el de control de temperatura de un aire acondicionado, la caja de cambios automática de un auto (CVT, doble embrague, etc), airbags, etc.
Las computadoras pueden ser de tipo genéricas (ej pcs, notebooks,servers, etc) o pueden ser específicas, las que llamamos sistemas de tiempo real (ej control de los airbags), o intermedias (ej Smartphone, Smarttv,etc).
Así tendremos sistemas operativos (ej Linux), sistemas de tiempo real (ej el código que gobierna los airbags) y sistemas operativos de tiempo real (ej Android).
El sistema operativo es el software gestor de recursos de la computadora.
Las partes principales de la computadora, vienen descriptas, por la arquitectura Von Neumann, y son el procesador, la memoria y el bus que los conecta.
El procesador ejecuta instrucciones, la memoria contiene el programa a ejecutar y los datos a procesar. El bus conecta el procesador y la memoria, es un conjunto de cables. Hay otros buses específicos.
Acá aparece un componente fundamental, que permite guardar en forma persistente los datos, es decir, que permanezcan en el tiempo: es la memoria secundaria.
Y la computadora, tiene, en la práctica, 3 componentes o recursos fundamentales entonces: CPU, memoria y memoria secundaria.
El sistema operativo gestiona recursos, y por lo tanto sus 3 componentes fundamentales serán el gestor de CPU, el gestor de memoria, y el gestor de memoria secundaria.
Gestor de CPU------------- Multitarea. Scheduller. PROCESO.
Gestión de memoria ------- Cómo alojar en memoria múltiples programas en ejecución.
Gestión de memoria secundaria ------- File System, permisos y propiciar el MULTIUSUARIO.
Los sistemas operativos modernos, son multitarea y multiusuario. Es decir, permiten la ejecución a la vez de múltiples procesos y verifican que cada uno haga lo que su usuario tiene permitido.
El multitasking no se resuelve (se optimiza, pero no se resuelve) con el multinúcleo. Cómo es? La computadora va ejecutando un poquito de cada proceso concurrente.
Un procesador de 3 Ghz, ejecuta 3.000.000.000 de operaciones por segundo. Entonces si corta cada unos pocos milisegundos, logra ejecutar sin problemas miles de líneas!
La multitarea es básicamente una ilusión que provee el sistema operativo. Esta es eficaz, y nos permite trabajar sobre ella como si fuera realmente a la vez.
Y esto es posibles desde hace mucho! Una computadora de los años 80s, con un procesador z80, de 3,58 Mhz, 1000 veces más lenta que una actual, en realidad, está ejecutando 3.580.000 operaciones por segundo. Y esto es muchísimo! Y esto es lo que hace que tengamos desde los 80s computadoras, inyección electrónica, computadora del módulo lunar, airbags, etc.
Los programadores y los usuarios, suponen, sin problemas, que la máquina desde el SO para abajo, es multitarea. Esto permite una cantidad de nuevos enfoques.
Un sistema minimalista como el arduino es monotarea. El scheduller, cuando programamos en C sobre el, lo hacemos “a pedal”, con un while, y vigilamos por ejemplo 3 sensores y daba órdenes a 2 actuadores, es un primer intento rudimentario de multitarea.
El nivel de infraestructura en los sistemas informáticos.
Vamos a ubicar y discutir algunos aspectos globales del nivel de infraestructura.
En una organización nos interesan sus sistemas de gestión, sus sistemas de información. Todas las organizaciones de una forma u otra los tienen.
La INFRAESTRUCTURA es los elementos que dan soporte y propician dichos sistemas de información.
Infraestructura cubre estas áreas:
- Arquitectura de los sistemas ---- hardware
- Sistemas operativos ---- nivel más bajo de software
- Bases de datos, administración de la información
- Telecomunicaciones y redes
- Seguridad de la información
Esto vale para organizaciones tan pequeñas como un individuo o una familia como para organizaciones de escala mundial, multinacionales, etc.
A nivel de la formación ?
- ARQ Y SO ------------ INFRAESTRUCTURA , acá estamos
- Bases de Datos ---------- curso aparte
- Redes ------------- curso aparte
- Seguridad ---------- MUY DINAMICO. Se trata en cada materia. Puede haber electivas de especialización.
Las 4 preguntas del gerente de sistemas en torno a la INFRAESTRUCTURA
• ¿Qué tecnologías necesitan las empresas en la actualidad para realizar su trabajo?
• ¿Qué necesito saber sobre estas tecnologías para asegurar que mejoren el desempeño de la empresa?
• ¿Qué tan probable es que vayan a cambiar estas tecnologías en el futuro?
• ¿Qué tecnologías y procedimientos se requieren para asegurar que los sistemas sean confiables y seguros ?
Infraestructura Incluye hardware, software y servicios (consultoría, capacitación, etc)
Infraestructura es entre el 25% y 50% de los gastos totales de IT.
Infraestructura = hardware, software, y servicios que involucran destrezas humanas y técnicas.
La computación comprada “por las dudas” es la más cara de todas! Compro y no uso. Parte de las decisiones del gerente de IT son sobre como optimizar estos gastos.
Todo lo que es estandarizable se va abaratando.
Nos preguntamos ¿qué valor aporta IT en el proceso de negocios? Un determinado gasto lo medimos contra su impacto en la productividad.
Hay que buscar la forma de contestar “esta inversión cómo se paga ?”.
Evolución de la infraestructura
- Mainframes con terminales tontas
- PCs standalone
- PCs en red local
- PCs en red local conectados a Internet. Computación cliente/servidor.
- Computación en la nube.
Operaciones como:
- el clustering (armar una máquina potente a partir de arquitecturas físicas menores).
- O su inversa, la virtualización (sobre una arquitectura potente poner varias máquinas virtuales).
- Esto deja sin sentido arquitecturas monolíticas grandes como la del mainframe.
Impulsores del crecimiento del negocio de IT
- Ley de Moore: crecimiento exponencial en la potencia de cómputo. PROCESAMIENTO
- Ley de almacenamiento digital masivo: se produce una enorme cantidad de información, del orden de 5 exabytes al año. Las tecnologías para almacenar están creciendo y dan sin problemas soporte a este crecimiento. ALMACENAMIENTO
- Ley de Metcalfe: el valor de una red aumenta en forma exponencial con el número de miembros. Economías de red. REDES
Todo indica que todos los actores continuarán en esta vía de expansión!
Los ESTANDARES proporcionan economías de escala que ejercen una influencia en la industria que hace que los costos vayan a la baja.
Comenzando a estudiar la arquitectura de las computadoras
Vamos a comenzar nuestro análisis del nivel de Arquitectura.
Qué estudiamos al estudiar la arquitectura de las computadoras ?
Estudiamos el nivel de hardware, sus componentes, a nivel de ceros y unos.
Una computadora computa. Es decir, procesa datos. Es decir tiene un esquema entrada, proceso y salida.
Tanto las PCs, las notebooks, los celulares, las Smart Tvs, pero también los sistemas de tiempo real, como por ejemplo el gestor de los airbags de un auto, etc responden a este esquema de computadora E --- P --- S que estamos analizando.
Las computadoras son digitales. O sea, no son analógicas. Tienen niveles discretos de señal. Concretamente, trabajan con ceros y unos.
Vamos estudiar las computadoras, sus componentes, y el flujo de datos entre esos componentes.
Esto lo haremos a bajo nivel, con lo cual trabajaremos con Ceros y Unos.
El funcionamiento del proceso de esos ceros y unos, lo haremos auxiliándonos de un álgebra (operaciones sobre un conjunto, en este caso {0,1}), que es el Algebra de Boole.
Pero previamente, debemos analizar cómo se representan los diferentes datos en términos de ceros y unos.
Este capítulo se llama REPRESENTACIÓN INTERNA DE DATOS.
Concretamente, estudiaremos, de inmediato, como escribir los diferentes tipos de datos en términos de Ceros y Unos:
- Valores de verdad
- Naturales
- Enteros
- Reales
- Caracteres
- Strings
- También se podría completar este estudio al digitalizar imágenes, videos, sonidos, etc.
Algebra de Boole
Ahora vamos al cómputo, vamos a OPERAR con ceros y unos. Para ello proponemos el Algebra de Boole.
Un Algebra es un conjunto y operaciones sobre el mismo. Para darla, hay que dar el conjunto y las operaciones.
Algebra de Boole
El AB se compone del conjunto B={0,1} y las operaciones {+, . , /} .
Y éstas las definimos ya mismo, por extensión:
+ : B x B àB
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
1 + 1 = 1
. : B x B àB
0 . 0 = 0
0 . 1 = 0
1 . 0 = 0
1 . 1 = 1
/ : B àB
/0 = 1
/1 = 0
Con esto está completamente definida el AB. No hay que agregar propiedades en la definición.
Existe un ISOMORFISMO (una biyección que transforma una realidad en la otra) entre el AB y las siguientes Algebras conocidas por nosotros:
Por lo tanto todo esto no es tan nuevo para nosotros.
Saber de estos isomorfismos nos ayuda a veces a incorporar alguna fórmula, alguna técnica de demostración, etc.
Una primera técnica de demostración.
TABLAS DE VERDAD
Ejemplo
Demostrar la propiedad asociativa, es decir que a + (b+c) = (a+b)+c
Como consecuencia de esta igualdad, podemos escribir a+b+c sin preocuparnos por los paréntesis.
Demostración
Como las funciones del AB están dadas por extensión, tenemos en forma natural esta primera técnica de demostración, llamada por extensión. Que no es otra cosa que analizar exhaustiva y ordenadamente todos los casos posibles.
Para todas las combinaciones de valores de a , b y c, da lo mismo, entonces son iguales.
Entonces queda probada la propiedad.
Lista de propiedades del AB
Se puede probar cada una de ellas por extensión (haciendo la tabla como la anterior)
Luego podemos usarlas para demostraciones por comprensión.
a+b=b+a a.b = b.a conmutativas
(a+b)+c=a+(b+c)=a+b+c (a.b).c=a.(b.c)=a.b.c asociativas
a.(b+c)=a.b+a.c a+(b.c)=(a+b).(a+c) distributivas
a+0=a a.1=a neutros
a+1=1 a.0=0 neutros cruzados
a+(/a)=1 a.(/a)=0 generación de neutros
//a=a doble negación
a+a.b=a a.(a+b)=a absorción
a+((/a).b)=a+b a.((/a)+b)=a.b segunda absorción
/(a+b)=(/a).(/b) /(a.b)=(/a)+(/b) de Morgan
a+b=0 sii a=0 y b=0 a.b=1 sii a=1 y b=1
De Morgan se puede aplicar para más términos.
Precedencias.
La precedencia de / es mayor que la de . , que a su vez que es mayor que la de +
Por tanto si escribo:
/a+b.c significa, sin necesidad de paréntesis: (/a)+(b.c)
Ejemplo de demostración aplicando propiedades:
Probar que a+ab+abc+abcd=a
Demostración
a+ab+abc+abcd=(a+ab)+abc+abcd (asociativa)=a+abc+abcd (absorción)=(a+abc)+abcd (asociativa)= a+abcd (absorción)=a (absorción)
QED
Ejercicios
- Demostrar por extensión las propiedades distributivas.
- Simplificar, aplicando propiedades, la siguiente expresión:
/(a+(a./b.c)+ /(a.b+c))
/(a+(a./b.c)+ /(a.b+c))=/(a+(a./b.c))./(/(a.b+c)) (De Morgan)=
=/(a+(a./b.c)).(a.b+c) (doble negación)=
=(/a).(a.b+c) (asociativa y absorción)=
=(/a).a.b+ /a.c (asociactiva y x./x=0 y x.0=0 y x+0=x)=
=/a.c y es la mínima expresión.
Cómo lo verifico?
Hago la tabla de verdad. La hicimos, dio lo mismo.
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