Instalación y Actualización de Sistemas Operativos I

01Esquema Funcional de un Ordenador: Turing, Von Neumann

Un ordenador es una máquina capaz de realizar, bajo el control de un conjunto ordenado de instrucciones (un programa), tres acciones básicas: aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y/o aritméticas (procesamiento) y proporcionar la información resultante a través de unos datos de salida. Este esquema tan simple — entrada, proceso, salida — sigue siendo la base conceptual de cualquier sistema microinformático actual.

Alan Turing y la base teórica de la computación

Alan Turing (1912-1954), matemático y criptógrafo británico, sentó en 1936 las bases teóricas de la informática moderna con su artículo "On Computable Numbers", en el que introdujo el concepto de la "Máquina de Turing": un modelo teórico capaz de resolver, mediante una serie de pasos lógicos, cualquier problema matemático computable. Durante la Segunda Guerra Mundial lideró en Bletchley Park el equipo que rompió el cifrado de la máquina Enigma alemana mediante una máquina electromecánica llamada "Bomba". Tras la guerra propuso el célebre "Test de Turing" para determinar si una máquina puede mostrar un comportamiento inteligente indistinguible del humano, concepto que sigue siendo referencia en inteligencia artificial.

John von Neumann y la arquitectura de programa almacenado

En 1945, el matemático John von Neumann presentó el diseño conceptual que especifica cómo debe funcionar una máquina programable de propósito general, diseño en el que se basan los ordenadores actuales. La "máquina de Von Neumann" establece dos ideas clave: la máquina debe ser controlada por un conjunto de instrucciones ejecutado por un pequeño número de elementos centrales de proceso, y tanto los datos como el programa que los procesa deben almacenarse dentro del ordenador en formato binario (un alfabeto compuesto exclusivamente de ceros y unos).

Unidades funcionales de la máquina de Von Neumann

Este esquema funcional —entrada, CPU (con su unidad de control y su unidad aritmético-lógica) y salida, todo ello coordinado a través de la memoria donde se almacenan datos y programa— es el punto de partida para entender la arquitectura de cualquier sistema microinformático actual, desde un PC de sobremesa hasta un servidor.

02Componentes Internos de un PC

Un PC (computadora personal) está compuesto por diversos componentes internos que trabajan juntos para ejecutar instrucciones, procesar datos y realizar tareas. Conocer la función de cada uno es imprescindible antes de instalar, actualizar o diagnosticar un sistema operativo.

Otros elementos habituales

• SSD M.2 / NVMe: almacenamiento de altísima velocidad conectado directamente a la placa base, ideal para cargas de trabajo exigentes.
• Ranuras de expansión PCIe (Peripheral Component Interconnect Express): permiten añadir tarjetas gráficas, de sonido o de red adicionales.

03La Placa Base: Componentes y Modelos Actuales

La placa base (motherboard o placa madre) es el componente principal de un ordenador, encargado de conectar y permitir la comunicación entre todos los demás componentes. Distribuye la energía y gestiona la comunicación entre ellos, asegurando que funcionen juntos de manera eficiente.

Componentes principales de la placa base

• Socket del procesador: el conector donde se instala la CPU; distintos procesadores requieren distintos sockets.
• Ranuras de memoria RAM: donde se insertan los módulos de memoria.
• Chipset: circuitos que gestionan la comunicación entre procesador, memoria y periféricos.
• Ranuras de expansión PCIe: para tarjetas gráficas, de red, de sonido y otros componentes.
• Conectores de almacenamiento: puertos SATA para discos y SSD, y ranuras M.2 para SSD NVMe.
• BIOS/UEFI: firmware que controla el arranque del sistema y configura el hardware.
• Conectores de alimentación: distribuyen la energía desde la PSU a los distintos componentes.

Modelos actuales según socket y fabricante

Factores a considerar al elegir una placa base

• Compatibilidad con el procesador: verificar que el socket y el chipset encajen con la CPU elegida.
• RAM y almacenamiento: soporte para la cantidad y tipo de memoria (DDR4/DDR5) y conexiones SATA/M.2.
• Puertos de expansión: suficientes ranuras PCIe para tarjeta gráfica y otras ampliaciones.
• Conectividad: puertos USB, Ethernet, Wi-Fi y otros periféricos.
• Factor de forma: ATX, micro-ATX o mini-ITX, que condiciona la caja y el espacio disponible.

04Tipos de Memoria: RAM, Caché, Secundaria, Virtual...

La memoria es uno de los componentes clave de un sistema informático: almacena y recupera los datos que el ordenador necesita para ejecutar programas y operaciones. Existen varios tipos, cada uno con un equilibrio distinto entre velocidad, capacidad y volatilidad.

El uso excesivo de memoria virtual o swap (cuando el sistema pasa más tiempo intercambiando páginas que ejecutando procesos) provoca un fenómeno conocido como thrashing, que degrada gravemente el rendimiento del sistema.

05La Unidad Central de Proceso (CPU) y sus Elementos

El procesador o CPU (Central Processing Unit) es el componente principal que ejecuta las instrucciones y realiza los cálculos dentro de un ordenador, procesando datos y gestionando las operaciones lógicas y matemáticas que permiten que el software funcione.

Componentes y características clave

• Núcleos: cada uno ejecuta instrucciones de forma independiente; los procesadores actuales suelen tener entre 4 y 16 núcleos.
• Hilos (threads): con tecnologías como Hyper-Threading o SMT, cada núcleo puede procesar más de un hilo simultáneamente.
• Frecuencia de reloj: medida en GHz, indica cuántas operaciones puede realizar el procesador por segundo.
• Caché integrada: memoria de acceso rápido a los datos más usados, organizada en niveles L1, L2 y L3.
• TDP (Thermal Design Power): energía consumida y calor generado bajo carga máxima, determinante para elegir la refrigeración.

Fabricantes y familias principales

Tipos de procesador según el uso

06Buses del Ordenador: Tipos y Funciones

Los buses son sistemas de comunicación que permiten transferir datos entre los distintos componentes del sistema —procesador, memoria, almacenamiento y periféricos—, actuando como canales que facilitan el intercambio de información de forma coordinada. Son esenciales para la eficiencia y velocidad de un ordenador.

Componentes de un bus

• Bus de datos: transporta los datos que se están procesando o transmitiendo.
• Bus de direcciones: transporta las direcciones de memoria donde se almacenan datos o instrucciones.
• Bus de control: transmite las señales que gestionan y sincronizan las operaciones.

Tipos de buses actuales y su función

Buses como AGP (para tarjetas gráficas) o ISA y PCI (para tarjetas periféricas de los primeros PC) se consideran hoy obsoletos, sustituidos por PCIe. Los buses actuales —PCIe 5.0, USB 4.0, NVMe sobre M.2— ofrecen velocidades de transferencia muy altas, imprescindibles para tareas como gaming, edición de vídeo o transferencias masivas de datos.

07Correspondencia entre Subsistemas Físicos y Lógicos

En informática, los subsistemas físicos (hardware) y lógicos (software) son fundamentales para el funcionamiento del sistema. Mientras que los subsistemas físicos son los componentes tangibles, los subsistemas lógicos son el software y el sistema operativo que gestionan y controlan ese hardware. La interacción entre ambos es esencial para que un ordenador cumpla sus funciones.

Subsistemas físicos (hardware)

• Dispositivos de entrada: teclado, ratón, escáner, micrófono, cámara.
• Dispositivos de salida: monitor, impresora, altavoces.
• Dispositivos de entrada/salida: pantallas táctiles, discos duros, memorias USB.
• Dispositivos de procesamiento: CPU, GPU, memoria RAM.
• Dispositivos de almacenamiento: HDD, SSD, memorias USB.

Subsistemas lógicos (software)

• Sistema operativo: intermediario entre hardware y usuarios, gestiona CPU, memoria y dispositivos de E/S (Windows, macOS, Linux).
• Controladores de dispositivos (drivers): permiten que el sistema operativo controle y gestione el hardware específico.
• Aplicaciones de usuario: procesadores de texto, hojas de cálculo, navegadores, que interactúan con el SO para acceder al hardware.

Cómo se corresponden ambos subsistemas

1. Entrada de datos. El hardware de entrada (teclado, escáner) introduce datos; el driver correspondiente traduce las señales eléctricas para que el SO las interprete.
2. Procesamiento. La CPU ejecuta las instrucciones que provienen del software, mientras el SO asigna tareas, distribuye memoria y organiza la E/S.
3. Salida de datos. Los dispositivos de salida muestran o generan resultados; el software (por ejemplo, el driver de la gráfica) interpreta los datos antes de presentarlos.
4. Almacenamiento. El SO organiza los datos en el disco mediante un sistema de archivos (NTFS, ext4...) que permite leerlos y escribirlos de forma eficiente.

08Concepto y Funciones Básicas de un Sistema Operativo

Un sistema operativo (SO) es el software principal que gestiona el hardware de un ordenador y proporciona servicios esenciales al resto de aplicaciones. Actúa como intermediario entre los usuarios y el hardware, permitiendo que los programas se ejecuten de manera eficiente y segura, y coordinando el uso de todos los recursos del sistema.

Funciones principales del sistema operativo

09Componentes Principales de un Sistema Operativo

• Núcleo (kernel): componente central, responsable de la gestión directa del hardware y los recursos; puede ser monolítico (todo desde el núcleo) o micronúcleo (dividido en componentes pequeños).
• Interfaz de Programación de Aplicaciones (API): funciones que permiten a los desarrolladores escribir software que interactúa con el SO sin gestionar el hardware directamente.
• Gestor de dispositivos: utiliza controladores (drivers) para que el sistema reconozca y controle el hardware conectado.
• Gestor de archivos: organiza el acceso a los datos y gestiona la creación, eliminación, copia y modificación de archivos.
• Gestor de red: facilita la comunicación y transferencia de datos entre dispositivos, en red local o Internet.

10Tipos de Sistemas Operativos

Los sistemas operativos más populares del mercado actual son Windows y macOS (uso de escritorio), Linux (servidores, supercomputación y uso general de código abierto), y Android e iOS en dispositivos móviles.

11Evolución Histórica: de Windows a Linux

Windows: de la interfaz de texto a la nube

Microsoft lanzó Windows en 1985 como una interfaz gráfica sobre MS-DOS, buscando hacer los PC más accesibles que las líneas de comandos. Windows 1.0 solo permitía colocar ventanas en mosaico; Windows 2.0 (1987) permitió superponerlas y mejoró la gestión de memoria. Windows 3.x (1990-1994) se convirtió en un entorno gráfico más completo, y Windows 95 introdujo el icónico "botón de inicio" y un entorno de 32 bits con el sistema de archivos FAT32.

• Windows 98 (1998): mejor integración con Internet y soporte USB.
• Windows 2000 (2000): estabilidad y seguridad basadas en la arquitectura NT, orientado a empresas.
• Windows XP (2001): unificó consumo y empresa; gran éxito y larga vida útil.
• Windows Vista (2006): Control de Cuentas de Usuario (UAC) e interfaz Aero, criticado por su consumo de recursos.
• Windows 7 (2009): mejoras de rendimiento e interfaz, muy bien recibido tras Vista.
• Windows 8 (2012): pantalla de inicio táctil que eliminó el menú de inicio tradicional, generando rechazo.
• Windows 10 (2015): recuperó el menú de inicio, se planteó como "sistema operativo como servicio" con Cortana y el navegador Edge.
• Windows 11 (2021): interfaz renovada con esquinas redondeadas, Snap Layouts y soporte de apps Android.

Linux: del proyecto personal al estándar de servidores

Linux nació en 1991 cuando Linus Torvalds, estudiante finlandés, desarrolló su propio núcleo inspirado en MINIX, sin las restricciones de las licencias comerciales de UNIX. El kernel se publicó bajo licencia GPL, lo que permitió su distribución y modificación libres y fomentó una comunidad global de desarrolladores.

• Linux 0.01 (1991): primer lanzamiento del núcleo, sin interfaz gráfica.
• Linux 1.x (1994): primera versión oficial (1.0), con soporte de redes TCP/IP.
• Linux 2.x (1996-2003): multitarea, soporte multiprocesador (SMP) y mejores sistemas de archivos; el 2.6 (2003) fue clave en servidores.
• Linux 3.x y 4.x (2011-2015): mejor rendimiento de almacenamiento y compatibilidad con dispositivos ARM.
• Linux 5.x (2019-presente): optimización para GPU, computación en la nube e inteligencia artificial.

Principales distribuciones (distros) de Linux

Hoy, más del 90% de las supercomputadoras del mundo usan Linux gracias a su estabilidad, flexibilidad y escalabilidad, y Android —el sistema operativo móvil más usado del planeta— está construido sobre el kernel de Linux.

12Gestión de Procesos

Un proceso es un programa en ejecución, que incluye su código, los datos con los que trabaja y los recursos necesarios (tiempo de CPU, memoria). El sistema operativo gestiona la creación, ejecución y finalización de procesos para que los recursos se usen eficientemente y no interfieran entre sí.

Estados de un proceso

• Nuevo: el proceso está siendo creado.
• Listo: preparado para ejecutarse, esperando que la CPU quede libre.
• Ejecución: siendo procesado activamente por la CPU.
• Bloqueado: esperando la finalización de una operación (por ejemplo, una lectura de disco).
• Terminado: ha completado su ejecución.

Bloque de Control de Procesos (PCB)

Cada proceso tiene un PCB que almacena su ID (PID), el contador de programa, su estado actual, el contexto de la CPU (registros), la información de memoria asignada y los recursos que tiene abiertos (archivos, dispositivos, permisos).

Planificación de procesos

Concurrencia, sincronización y comunicación

• Multitarea cooperativa vs. preventiva: en la primera los procesos ceden voluntariamente la CPU; en la segunda es el SO quien decide cuándo detenerlos.
• Conmutación de contexto: guardar el estado del proceso actual y cargar el del siguiente, dando la ilusión de ejecución simultánea.
• Sección crítica: parte del código donde se accede a recursos compartidos y solo un proceso puede entrar a la vez.
• Semáforos y mutexes: mecanismos para controlar el acceso a recursos compartidos y evitar condiciones de carrera.
• IPC (comunicación entre procesos): memoria compartida, tuberías (pipes), colas de mensajes y sockets.
• Hilos (threads): unidad básica de ejecución dentro de un proceso; permiten paralelismo con menor sobrecarga que crear procesos completos.

Un proceso puede finalizar de forma normal (completa su ejecución) o forzada (el SO o un usuario lo mata). Cuando un proceso hijo termina y su padre no lo recoge, se convierte en un proceso zombi; si el padre termina antes, el hijo pasa a ser un proceso huérfano.

13Gestión de Memoria

La gestión de memoria administra el uso de la RAM para que los procesos se ejecuten eficientemente, sin interferir entre sí y con un uso óptimo de los recursos: asignación, protección, reubicación, paginación/intercambio y liberación de memoria.

Memoria contigua vs. no contigua

Memoria virtual e intercambio (swapping)

La memoria virtual permite ejecutar procesos más grandes que la RAM física combinando esta con almacenamiento secundario. Si no hay suficiente memoria física, el sistema mueve páginas inactivas a un archivo de paginación (swap en sistemas UNIX); cuando se necesitan de nuevo, se traen de vuelta. Un exceso de este intercambio provoca thrashing: el sistema dedica más tiempo a intercambiar páginas que a ejecutar procesos.

Algoritmos de ajuste de memoria

La protección de memoria garantiza que un proceso no acceda a la memoria de otro, mediante hardware que genera una interrupción si se intenta acceder fuera del rango permitido. La MMU (Memory Management Unit) traduce en tiempo real las direcciones lógicas generadas por los programas en direcciones físicas.

14El Sistema de Entrada/Salida (E/S)

El sistema de E/S gestiona la comunicación entre el procesador y los dispositivos periféricos (teclado, ratón, impresoras, discos, red), permitiendo que los procesos interactúen de forma eficiente con el hardware, a pesar de que estos dispositivos operan a velocidades muy distintas de la CPU.

Modos de operación de E/S

Buffering y spooling

• Buffering: se usa un área temporal de memoria (buffer) para no interrumpir a la CPU mientras el dispositivo lento trabaja.
• Spooling: las operaciones de E/S se encolan en disco para procesarse en orden, típico en trabajos de impresión.

Jerarquía de almacenamiento

• Memoria caché: la más rápida, pequeña y costosa.
• Memoria principal (RAM): rápida, pero volátil.
• Almacenamiento secundario: HDD, SSD, cintas — más lentos, mayor capacidad, no volátiles.
• Almacenamiento terciario: cintas magnéticas o nube, para backup y archivo a largo plazo.

Los sistemas modernos añaden hot swapping (conectar/desconectar dispositivos sin reiniciar) y Plug and Play (reconocimiento y configuración automática de hardware), además de gestionar la E/S distribuida en redes mediante sistemas de archivos remotos.

15Sistema de Archivos

Un sistema de archivos organiza y gestiona cómo se almacenan, recuperan y manipulan los datos en los dispositivos de almacenamiento, actuando como abstracción entre el hardware y el usuario mediante archivos y directorios.

Componentes

• Archivos: colecciones de datos con nombre y metadatos (tamaño, fecha, permisos).
• Directorios: estructuras jerárquicas que agrupan archivos.
• Bloques de datos: unidad mínima de almacenamiento en disco.
• Superbloque: área con información crucial sobre el propio sistema de archivos.
• Metadatos: permisos, tamaño, fechas, tipo y ubicación de cada archivo.

Principales sistemas de archivos

Journaling, fragmentación y permisos

• Journaling: registra los cambios pendientes antes de aplicarlos, permitiendo recuperar el sistema tras un apagado inesperado (NTFS, ext3/4, APFS).
• Fragmentación: archivos divididos en fragmentos no contiguos que ralentizan la lectura/escritura; la desfragmentación los reorganiza.
• Permisos en Linux/Unix: r (leer), w (escribir), x (ejecutar), aplicados a propietario, grupo y otros.
• Permisos en NTFS: listas de control de acceso (ACL) con control granular por usuario o grupo.

Sistemas de archivos distribuidos

16Sistema de Protección

El sistema de protección de un sistema operativo es el conjunto de mecanismos y políticas que controlan el acceso a los recursos del sistema (archivos, memoria, CPU, dispositivos de E/S), garantizando que solo usuarios o procesos autorizados puedan acceder a ellos.

Objetivos

Modelos de protección

Mecanismos de protección por recurso

• Memoria: segmentación y paginación garantizan que cada proceso solo acceda a su propio espacio.
• CPU: modos de ejecución usuario/kernel y algoritmos de planificación evitan que un proceso monopolice el procesador.
• Dispositivos de E/S: interrupciones, privilegios y drivers controlan el acceso al hardware.
• Sistema de archivos: permisos de lectura/escritura/ejecución y cifrado protegen los datos almacenados.

La protección se complementa con mecanismos de seguridad como la autenticación (verificar identidad), la autorización (definir qué recursos puede usar un usuario autenticado) y la auditoría (registro de acciones para detectar abusos). Windows usa ACL y el Security Accounts Manager (SAM); Linux/Unix usa permisos de usuario y grupo, además de modelos MAC como SELinux; macOS combina permisos estilo UNIX con aislamiento de aplicaciones.

17Sistema de Comunicaciones

El sistema de comunicaciones gestiona cómo procesos, dispositivos y usuarios se comunican entre sí, tanto en un sistema local como a través de redes, permitiendo el intercambio de información de manera eficiente, segura y controlada.

Comunicación entre procesos (IPC)

• Pipes (tuberías): transferencia de datos entre procesos relacionados; existen anónimas y con nombre.
• Memoria compartida: el método más rápido de IPC, aunque requiere semáforos para evitar condiciones de carrera.
• Semáforos: sincronizan procesos y controlan el acceso a recursos compartidos.
• Colas de mensajes: envío y recepción de mensajes de forma ordenada y asíncrona.
• Sockets: comunicación entre procesos tanto localmente como a través de red.

Comunicaciones en red

El sistema operativo gestiona la conexión de equipos a través de redes locales o globales mediante pilas de protocolos organizadas en capas.

Otros mecanismos

• RPC (Remote Procedure Call): permite ejecutar procedimientos en otra computadora como si fueran locales.
• Señales: notificación básica entre procesos (por ejemplo, para pedir que uno termine o se reinicie).
• Seguridad en la comunicación: cifrado, autenticación de usuarios y procesos, y firewalls que protegen frente a accesos no autorizados.

En el modelo cliente-servidor —base de la mayoría de las comunicaciones en red, incluida la web— el cliente (por ejemplo, un navegador) envía solicitudes que el servidor (web, de bases de datos...) responde con los datos o servicios pedidos.

18Sistema de Interpretación de Órdenes (Shell)

El sistema de interpretación de órdenes —también llamado intérprete de comandos o shell— recibe, interpreta y ejecuta las instrucciones que usuarios o programas solicitan, sirviendo de interfaz entre el usuario y el núcleo del sistema operativo.

CLI vs. GUI

Funciones del intérprete de órdenes

• Interpretación de comandos: traduce la entrada del usuario en llamadas que el kernel puede ejecutar.
• Automatización y scripting: permite crear scripts (Bash en Linux, batch .bat en Windows) para tareas repetitivas.
• Gestión de procesos: comandos como ps, top y kill en Linux, o tasklist y taskkill en Windows.
• Gestión de archivos y directorios: ls, cp, mv, rm en Linux; dir, copy, move, del en Windows.
• Personalización del entorno: variables de entorno ($PATH / %PATH%), alias y funciones.

Componentes de un intérprete

• Prompt: símbolo que indica que el sistema está listo para recibir un comando.
• Parser: analiza el comando introducido y lo descompone en nombre y argumentos.
• Executor: invoca las funciones del sistema operativo para llevar a cabo la acción.
• Historial de comandos: permite reutilizar comandos anteriores.

Intérpretes más comunes

La redirección permite enviar la salida de un comando a un archivo (> o >>), tomar la entrada desde un archivo (<), o encadenar comandos con tuberías (|). En sistemas multiusuario, el acceso al intérprete se protege mediante permisos de usuario y mecanismos como sudo en Linux, que permite ejecutar comandos con privilegios elevados.

19Programas del Sistema

Los programas del sistema son un conjunto de software que actúa como intermediario entre el hardware y las aplicaciones de usuario, gestionando, controlando y coordinando las actividades del hardware para que las aplicaciones puedan ejecutarse correctamente.

Programas del sistema por sistema operativo

Estos programas comparten tres rasgos: son independientes del hardware concreto (funcionan en cualquier equipo compatible con el SO), actúan como interfaz entre hardware y software, y muchos se ejecutan en segundo plano proporcionando servicios esenciales de forma continua, sin los cuales ni los usuarios ni las aplicaciones podrían interactuar de forma efectiva con el hardware.