SISTEMAS OPERATIVOS

Software esencial que actúa como intermediario entre el usuario y el hardware, gestionando recursos de cómputo, facilitando la ejecución de programas y garantizando aspectos de seguridad, eficiencia y multitarea.

Objetivos de Aprendizaje

Objetivos Generales

  • Identificar y comprender los componentes principales de un sistema de cómputo moderno
  • Relacionar el hardware y el software con la función del sistema operativo
  • Reconocer la importancia de los sistemas operativos en tecnologías actuales

Objetivos Específicos

  • Identificar componentes principales de un sistema operativo
  • Diferenciar entre modelos de organización
  • Reconocer ventajas y desventajas de cada estructura
  • Aplicar ejemplos reales de sistemas operativos

Componentes de un Sistema de Cómputo

Definición: Un sistema de cómputo es el conjunto de dispositivos electrónicos, físicos (hardware) y programas lógicos (software) que, bajo la coordinación de un sistema operativo, trabajan de manera integrada para procesar, almacenar, transmitir y proteger información.

Hardware

  • CPU (Unidad Central de Procesamiento): Núcleo del sistema, ejecuta instrucciones (multinúcleo, GPU, TPU para IA)
  • Memoria RAM: Almacena temporalmente instrucciones y datos (DDR4/DDR5)
  • Almacenamiento: HDD, SSD, Almacenamiento en la nube
  • GPU: Maneja cálculos gráficos y procesamiento paralelo
  • Periféricos: Entrada, Salida y E/S (teclado, monitor, discos externos)

Software

  • De sistema: Sistema operativo, controladores y utilidades básicas
  • De aplicación: Programas específicos (navegadores, procesadores de texto, aplicaciones móviles)
  • Middleware: Capa intermedia para comunicación entre aplicaciones y hardware (Docker, servidores de aplicaciones)

Funcionamiento del Sistema

  • Usuario interactúa mediante GUI o CLI
  • SO coordina y administra recursos físicos
  • Programas acceden al hardware mediante system calls
  • Integración de virtualización, seguridad y conectividad en red

Componentes Principales de un Sistema Operativo

Núcleo (Kernel)

Parte central que controla CPU, memoria, dispositivos de E/S y llamadas al sistema

Gestión de Procesos

Administra la ejecución, planificación y sincronización de procesos

Gestión de Memoria

Controla la asignación, liberación y protección de la memoria principal

Gestión de Archivos

Organiza y proporciona acceso seguro a datos en almacenamiento secundario

Gestión de E/S

Comunica hardware con aplicaciones mediante controladores

Protección y Seguridad

Garantiza acceso seguro y controlado a recursos del sistema

Modelos de Estructura de Sistemas Operativos

Modelo Características Ventajas Desventajas Ejemplos
Monolítico Todo el SO corre como un único programa en modo kernel Rápido, menos capas de comunicación Difícil de mantener, fallo puede tumbar todo el sistema MS-DOS, primeras versiones de UNIX
En Capas Organizado en niveles jerárquicos, cada capa interactúa con inferior/superior Modularidad, facilita depuración Sobrecarga y complejidad THE (Dijkstra), OS/2
Microkernel Kernel mínimo, gestiona solo lo esencial (procesos, memoria, comunicación) Mayor seguridad y estabilidad Menor rendimiento por comunicación entre procesos Mach, Minix, QNX
Híbrido Combina microkernel y monolítico Equilibrio entre rendimiento y modularidad Complejidad en el diseño Windows NT/10/11, Linux, macOS
Modular Usa módulos cargables dinámicamente Flexibilidad, personalización Requiere gestión cuidadosa de dependencias Linux, Solaris

Ejemplos Reales de Sistemas Operativos

Linux (Modular/Híbrido)

Se pueden cargar y descargar módulos como drivers con 'modprobe'

$ lsmod # Lista los módulos del kernel cargados en memoria

Windows (Híbrido)

Combina microkernel con servicios en modo usuario para mejorar rendimiento

Administrador de tareas → ver procesos y servicios en ejecución

Android

Basado en Linux modular, con servicios propios (HAL, ART, Binder)

macOS

Basado en XNU, que mezcla Mach (microkernel) y BSD (monolítico)

Glosario de Términos

Kernel
Núcleo central del sistema operativo
Proceso
Programa en ejecución que requiere recursos
Módulo
Componente independiente que se integra al SO
Microkernel
Diseño de núcleo reducido que delega servicios al espacio de usuario
Híbrido
Estructura que mezcla características de kernel monolítico y microkernel
Driver
Software que permite comunicación entre el SO y un dispositivo físico
Virtualización
Tecnología que permite ejecutar múltiples SO en un mismo hardware
Middleware
Capa de software que conecta aplicaciones y sistemas
Cloud Computing
Uso de recursos informáticos a través de Internet

Conclusión

El estudio de la estructura de un SO permite comprender por qué unos sistemas son más seguros, rápidos o escalables que otros. La tendencia actual se centra en modelos híbridos y modulares, buscando rendimiento, seguridad y flexibilidad.