Arquitectura Von Neumann, Sistemes Operatius i Xarxes Informàtiques

Arquitectura Von Neumann: Components Essencials

La màquina de Von Neumann consta de tres parts fonamentals:

• Processador (CPU): Anomenat també CPU, és el cervell de l'ordinador, la unitat que s'encarrega dels càlculs i el processament de dades.
• Memòria Principal: És on s'emmagatzemen temporalment les instruccions i les dades que la CPU necessita per operar.
• Unitat d'Entrada i Sortida (E/S): Són les unitats on es connecten els dispositius que permeten que el microprocessador enviï i rebi informació de l'exterior, com ara teclats, pantalles o impressores.

Sistemes Operatius: Intermediari i Gestor

Un Sistema Operatiu (SO) actua com a intermediari entre l'usuari i l'ordinador, proporcionant una interfície perquè es pugui utilitzar l'ordinador de manera eficient. Hi ha dues interfícies principals:

• Interfície per línia de comandes: Basada en text, on l'usuari introdueix ordres directament.
• Interfície gràfica (GUI): Basada en elements visuals com finestres, icones i menús, facilitant la interacció.

Classificació dels Sistemes Operatius

Els Sistemes Operatius es classifiquen segons diversos criteris:

• Nombre d'Usuaris:
  • Monousuaris: Permeten que un sol usuari interactuï amb l'ordinador a la vegada.
  • Multiusuaris: Permeten que diversos usuaris interactuïn simultàniament amb el mateix ordinador, ja sigui directament o a través de la xarxa.
• Nombre de Tasques:
  • Monotasca: Només pot executar un programa o procés a la vegada.
  • Multitasca: Permet executar múltiples programes o processos de manera concurrent.
• Nombre de Processadors:
  • Monoprocessador: Dissenyat per funcionar amb un únic processador per placa base.
  • Multiprocessador: Dissenyat per gestionar i aprofitar la potència de diversos processadors.

Funcions Clau dels Sistemes Operatius

Els Sistemes Operatius ens permeten comunicar-nos amb l'ordinador i realitzen diverses funcions essencials per al seu correcte funcionament:

• Funció de Gestió de Processos: Permet que es puguin emprar diversos programes de manera simultània, gestionant els recursos de la CPU. No tots els processos són visibles per l'usuari, i el seu rendiment pot dependre de la velocitat del disc dur.
• Funció de Gestió de Memòria: Cada procés en execució té assignada una zona de memòria. És responsabilitat del SO assignar i alliberar aquests blocs de memòria de manera eficient.
• Funció de Gestió d'Arxius: Els arxius i els programes dels usuaris es guarden en dispositius d'emmagatzematge. Un cop guardats, el SO permet realitzar operacions com esborrar, obrir, copiar o moure arxius.
• Interfície d'Usuari: La interfície que proporcionen els sistemes operatius és diferent segons el tipus de SO. En alguns casos, alguns SO proporcionen en la seva interfície un programa per executar ordres, coneguts com a intèrprets de comandes.
• Administració de Recursos: Aquesta és una funció específica dels sistemes multitasca i multiusuari. Si molts usuaris estan connectats al mateix ordinador i volen simultàniament gravar fitxers o imprimir, el SO haurà de decidir en cada instant qui ho farà primer i qui el darrer, prioritzant les tasques.
• Accés als Perifèrics: Els SO, juntament amb els drivers (controladors de dispositius), permeten configurar i fer ús dels perifèrics connectats a l'ordinador.

Requisits Mínims dels Sistemes Operatius

Cada Sistema Operatiu té un conjunt de requisits mínims que l'ordinador haurà de complir per al seu funcionament òptim. Aquests requisits solen incloure:

• Capacitat del disc dur.
• Mida de la memòria RAM.
• Tipus de microprocessador.
• Tipus de targeta gràfica.

Xarxes Informàtiques: Connectivitat i Comunicació

Una xarxa informàtica està constituïda per un conjunt d'ordinadors i altres dispositius interconnectats que comparteixen recursos i informació.

Classificació de les Xarxes per Dimensió

Segons la seva dimensió, les xarxes es classifiquen en:

• Xarxa Local (LAN): Cobreix àrees geogràfiques reduïdes, com una oficina, una casa o un edifici.
• Xarxa Estesa (WAN): Cobreix àrees geogràfiques extenses, connectant xarxes LAN a través de grans distàncies.

Classificació de les Xarxes per Relació entre Ordinadors

Segons la relació que s'estableix entre els ordinadors de la xarxa, es divideixen en:

• Xarxes amb Servidors (Client-Servidor): Els recursos compartits es troben en un sol ordinador central, anomenat servidor, que gestiona l'ús dels recursos i proporciona serveis als clients.
• Xarxes Igualitàries (Peer-to-Peer): Tots els ordinadors de la xarxa poden compartir recursos i actuar tant com a clients com a servidors, sense una entitat centralitzada.

Estructura i Elements d'una LAN

Les estructures (topologies) més utilitzades en una LAN són estrella i arbre.

Elements Clau d'una Xarxa Local (LAN)

• Targeta de Xarxa (NIC): També anomenada NIC (Network Interface Card), és la interfície que permet connectar el nostre equip a la xarxa, convertint les dades de l'ordinador en senyals que poden viatjar per la xarxa.
• Dispositius Electrònics d'Interconnexió: Són els dispositius que centralitzen tot el cablejat d'una xarxa. De cada equip surt un cable que es connecta a aquests dispositius. Per tant, han de tenir com a mínim tants ports com equips connectem. Hi ha dos tipus principals:
  • Concentrador (Hub): Quan rep un paquet de dades, el retransmet a tots els dispositius connectats, cosa que pot provocar saturació de la xarxa.
  • Commutador (Switch): Emmagatzema les adreces MAC dels dispositius connectats i, quan rep un paquet, revisa l'adreça de destinació i l'envia només al dispositiu corresponent, permetent un trànsit de dades més fluid i eficient.
• Encaminador (Router): És un dispositiu destinat a interconnectar diferents xarxes entre si, dirigint els paquets de dades entre elles.

Cablejat Estructurat i Protocols de Xarxa

El cablejat estructurat és el suport físic per on viatja la informació dels equips fins als concentradors o commutadors. La informació es transmet a través de senyals elèctrics o òptics.

Tipus de Cablejat

• Fibra Òptica: Formada per filaments transparents de vidre o plàstic, pot transportar paquets d'informació com a feixos de llum produïts per un làser, oferint alta velocitat i gran distància.
• Cable de Parells Trenats: És el cable més utilitzat per a xarxes locals. Els problemes que pot presentar són l'atenuació, que és la pèrdua de senyal produïda en la propagació del senyal a través del cable, i les interferències.

Protocols de Xarxa

Els Protocols de Xarxa són les regles i les especificacions tècniques que han de seguir els dispositius en xarxa per poder comunicar-se i intercanviar informació de manera efectiva.

Protocol TCP/IP

El Protocol TCP/IP és un conjunt de protocols fonamental encarregat de controlar la comunicació entre els diferents equips connectats a una xarxa.

• Protocol IP (Internet Protocol): S'encarrega de la transmissió d'informació. Cada paquet de dades es comporta com un element independent de la resta i cadascun d'ells pot viatjar per camins diferents fins a la seva destinació.
• Protocol TCP (Transmission Control Protocol): Actua com a complement de l'IP i s'encarrega de garantir la fiabilitat de la transmissió. Les seves funcions principals són:
  • A l'emissor: Divideix la informació en paquets, afegeix un codi d'errors per comprovar que s'ha rebut correctament i passa el paquet al protocol IP perquè el gestioni.
  • Al receptor: Rep els paquets, els reordena si cal, comprova la integritat de les dades i n'extreu la informació original.

Adreça IP

L'Adreça IP és l'identificador únic i numèric assignat a cada dispositiu connectat a una xarxa que utilitza el protocol IP. Permet saber a qui va adreçat cada paquet de dades, assegurant que la informació arribi al seu destí correcte" e.