Universidad de Puerto Rico en Bayamón Departamento de Ciencias de Computadoras
MANUAL DE USO ACADÉMICO PARA FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERATIVOS
Prof. José Juan Díaz Caballero
2007
2
Introducción El campo de las computadoras es tan amplio que difícilmente pueda haber algún programa académico que abarque todas las áreas que comprende esta disciplina. Todo programa académico en Ciencias de Computadoras seguramente se especializa en un área sacrificando otras o habría que hacer estudios graduados para completar a fondo todos los campos de estudio si es que alguien puede completar semejante proeza.
The ACM Computing Classification System (1998)1
El área de organización y arquitectura de computadoras es la que envuelve el diseño e implantación de los circuitos electrónicos y de lógica digital con los cuales se fabrica el Central Processing Unit o unidad central de procesamiento de la computadora. Comúnmente el CPU se conoce en el ambiente de las computadoras personales por la marca mas reconocida Pentium© de la compañía intel. Toda computadora funciona gracias al programa llamado sistema operativo y Windows de la compañía Microsoft es el más usado en el mundo. Este cuaderno parte de una base de arquitectura para abundar en el diseño del sistema operativo.
A. General Literature B. Hardware C. Computer Systems Organization D. Software E. Data F. Theory of Computation G. Mathematics of Computing H. Information Systems I. Computing Methodologies J. Computer Applications K. Computing Milieux
En la clasificación de la Association for Computing Machinery los sistemas operativos se cubren en el área D. Software.
1
2
http://www.acm.org/class/1998/TOP.html
3
Ejercicio 1, Breve historia de la computadora la compañía más importante del género. Para hacer el uso de las computadoras más fácil se crea el lenguaje ensamblador (2da generación) y así evitar programar en los ceros y unos del lenguaje de máquina. La computadora hereda tecnologías pertenecientes a otros aparatos como los teclados de las maquinillas de escribir, las tarjetas perforadas de calculadoras de contabilidad y las cintas magnéticas de los equipos de música.
Muy breve historia de las computadoras
Década de 1940 Para la Segunda Guerra Mundial ("WWII") tanto los norteamericanos como los alemanes emplean matemáticos para calcular tablas de proyectiles para la artillería y otras necesidades. Estos empleados se conocían como "computadores" pues se dedicaban a computar cálculos matemáticos todo el tiempo. Como parte de este esfuerzo surge la idea de mecanizar esas calculaciones y nace la máquina que se llamó ENIAC. Irónicamente la guerra terminó antes que estuviera lista la ENIAC pero se usó para las calculaciones de la bomba de hidrógeno. Esto demostró positivamente que estas nuevas máquinas servirían para múltiples usos. Estas primeras computadoras eran electromecánicas (relays) y usaban tubos de radio. Para utilizarlas se utilizaba el lenguaje de máquina escrito en ceros y unos (1ra generación de los lenguajes de programación).
Prof. John Louis von Neumann, genio matemático, "Padre del Software "
Década de 1950
Década de 1960
Por suerte al finalizar la guerra se continuó usando la computadora para otros usos pacíficos y nobles como por ejemplo el censo federal y contabilizar resultados de las elecciones. Esto demostró la utilidad de estas máquinas para la población civil.
Para este tiempo ya la computadora comienza a convertirse en un aparato de uso común en las grandes empresas. Las computadoras de gran tamaño y capacidad de esta era se conocen como mainframe y la compañía IBM es su principal vendedor. Los precios de los mainframe comienzan en los cientos de miles de dólares.
Para esta década surgen las primeras compañías de computadoras, incluyendo a IBM2 que ya existía produciendo otros equipos y que se convertiría en 2
Los usuarios de computadoras son típicamente especialistas conocidos como programadores y analistas de sistemas. Surge el concepto de Centro
International Business Machines 3
4
de Cómputos donde la computadora y los datos e información que ella guarda están resguardados. Sólo los programadores tienen acceso directo a la computadora. El usuario común sólo recibe informes en papel de la computadora y nunca la ve.
La compañía Apple crea un mercado al lograr llevar sus "microcomputadoras" al ambiente escolar. La nueva microcomputadora es una computadora mucho más pequeña y barata que la mini computadora gracias a que utiliza microprocesadores, de ahí su nombre MICROcomputadoras.
Para esta década las computadoras se construyen con transistores convirtiéndose así en aparatos más funcionales y versátiles pues consumen menos electricidad, generan menos calor y son más pequeñas. Pero aún así necesitan mantenerse a temperaturas muy frías en los centros de cómputos. También nacen los lenguajes de programación de 3ra Generación como COBOL y FORTRAN.
Algunos negocios comienzan a utilizar las microcomputadoras para hacer tareas de contabilidad, Visicalc es el primer software (programado) exitoso comercialmente. También nace el uso de las microcomputadoras para juegos.
Década de 1980 La compañía IBM toma nota del creciente nuevo mercado de microcomputadoras y decide lanzar al mercado su propio modelo llamado Personal Computer. IBM contrata a la compañía Intel4 para que les supla el microprocesador y a la compañía Microsoft para que produzca el sistema operativo. Lo único que lleva de IBM es su nombre.
Década de 1970 Se populariza en el mercado el concepto de mini computadoras, máquinas más pequeñas y baratas que el mainframe pero útiles para un mayor número de clientes. La compañía que más se destaca en esta nueva área es Digital Equipment Corporation3.
Increíblemente el mercado se vuelca al modelo de microcomputadora IBM y su estimado de ventas para el primer año se vendió en tan solo semanas. Desaparecen casi todas las compañías de microcomputadoras ante el impacto de IBM excepto Apple.
En 1971 un cliente de la compañía Intel (manufacturero de computadoras) le pide que le produzca una nueva computadora miniatura. La compañía lo logra y se denomina microprocesador pues todos los componentes del CPU por primera vez se encuentran en un sólo chip de computadoras. También para esta época los entusiastas de computadoras comienzan a producir pequeñas computadoras en sus propias casas. Gracias al invento del microprocesador surgen compañías que comienzan a mercadear estas pequeñas computadoras. Entre esas compañías surgen Apple, Commodore y otras.
En 1984 Apple para competir contra IBM y Microsoft revoluciona el mercado con un nuevo modelo de microcomputadora, la Macintosh (ya en 1983 se había lanzado esta computadora bajo el nombre Lisa). Esta computadora trae inventos como el mouse y la pantalla gráfica (con dibujos o sea iconos5). La compañía continúa su predominio en el campo escolar y encuentra otros nichos como las artes gráficas y la arquitectura donde aún es preferida. 4
Intel llegó a tener fábricas en Puerto Rico en Las Piedras. Curiosamente el inventor del concepto de iconos fue la compañía Xerox para sus fotocopiadoras.
3
5
Digital llegó a tener fábricas en Puerto Rico en San Germán y Aguadilla. 4
5
Década de 1990
Referencias
En 1991 la compañía Microsoft finalmente impone el sistema operativo Windows 3.1 como respuesta a Macintosh, tiene mouse también pero la interfaz gráfica es a colores (su primera versión, Windows 1.0, data de 1985).
Long L., Long N., COMPUTERS Information Technoloy in Perspective. Pearson Prentice Hall, 2004. Shelly, Cashman, Varmaat. Discovering Computers 2000. Shelly Cashman Series, 2000.
La compañía Apple pierde su predominio en todos sus mercados tradicionales y casi desaparece del mercado (curiosamente su archirival Microsoft le invierte $150, 000,000 para mantenerla a flote).
Stallings, Williams Computer Organization and Architecture. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.
Surge la pugna a nivel del gobierno federal de E.E.U.U. sobre si la compañía Microsoft tiene un monopolio del mercado de las computadoras personales. El monopolio consiste en abarcar tanto el mercado de los sistemas operativos (con Windows) como el de los programados o aplicaciones (MS Word, Excel y otros). Microsoft se corona como la compañía más rica del mundo.
A continuación ejemplos de los diferentes de las diferentes etapas en el desarrollo de lenguajes de programación. Cada etapa es un avance sobre la anterior.
En esta década nace la Internet como le conocemos hoy (World Wide Web) aunque sus comienzos datan de la década de los sesenta.
Década de 2000 La computadora es un equipo más de todos los hogares, tan presente como el teléfono o la nevera. La Internet arropa el planeta como un nuevo paradigma en las comunicaciones.
ACTIVIDADES Hacer un ensayo sobre la historia de la computadora y los sistemas de información en Puerto Rico 5
6
Ejemplo paso a paso del desarrollo del software o programación Etapa 1 Lenguaje de máquina, 1ra. Generación Machine code
Etapa 2 Lenguaje de máquina Binary program
dirección contenido 001100000000 0001 100101000000 001100000001 0101 100101000001 001100000010 0010 100101000000
dirección contenido 300 0001 100101000000 301 0101 100101000001 302 0010 100101000001
100101000000 0000000000000011 100101000001 0000000000000010
940 0000000000000011 941 0000000000000010
Etapa 3 Lenguaje de máquina Hexadecimal program dirección 300 301 302
Etapa 4 Lenguaje Ensamblador, 2da. generación Symbolic program
contenido 1940 5941 2941
940 941
dirección contenido 300 LOAD 940 301 ADD 941 302 STORE 941
0003 0002
940 DAT 3 941 DAT 2
Etapa 5 Lenguaje Ensamblador Assembly program CODE
Etapa 6 Lenguaje de alto nivel, 3ra. Generación High Level Language
LOAD A ADD B STORE B
A = 3; B = 2; B = A + B;
Todavía se utilizan todas las etapas. El CPU aún ve su entorno como en la etapa 1., los compiladores trabajan produciendo código como en las etapas 2. a Las direcciones de memoria para CODE, A y B las la 4. y los programadores aún programan en lenguaje adjudicará el assembler automáticamente. ensamblador y HLL, etapas 5. y 6. A B
DATA 3 DATA 2
6
7
Ejemplo paso a paso del desarrollo del software o programación nombre y número curso, sección y fecha
ACTIVIDAD 1 Llena grises Etapa 1 Lenguaje de máquina, 1ra. Generación Machine code
Etapa 2 Lenguaje de máquina Binary program
address instruction 001100000000 0001 ___________ 001100000001 0100 100101000001 001100000010 0010 100101000000
address instruction 300 0001 100101000000 301 0100 100101000001 302 0010 100101000000
100101000000 0000000000011110 100101000001 0000000000010100
940 0000000000011110 941 0000000000010100
Etapa 3 Lenguaje de máquina Hexadecimal program address 300 301 302
Etapa 4 Lenguaje Ensamblador, 2da. generación Symbolic program
instruction 1940 4941 2940
address instructions 300 LOAD 940 301 SUB 941 302 STORE 940
940 001E 941 0014
940 DAT 30 941 DAT 20
Etapa 5 Lenguaje Ensamblador Assembly program CODE
Etapa 6 Lenguaje de alto nivel, 3ra. Generación High Level Language A = 30; B = 20; A = A - B;
LOAD A SUB B STORE A
Todavía se utilizan todas las etapas. El CPU aún ve su entorno como en la etapa 1., los compiladores trabajan produciendo código como en las etapas 2. a Las direcciones de memoria para CODE, A y B las adjudicará el la 4. y los programadores aún programan en lenguaje assembler automáticamente. ensamblador y HLL, etapas 5. y 6. A B
DATA 30 DATA 20
7
8
Etapa 1 Lenguaje de máquina, 1ra. Generación Machine code dirección
Etapa 2 Lenguaje de máquina Binary program
contenido
dirección
Etapa 3 Lenguaje de máquina Hexadecimal program dirección
contenido
Etapa 4 Lenguaje Ensamblador, 2da. generación Symbolic program
contenido
dirección
Etapa 5 Lenguaje Ensamblador Assembly program
contenido
Etapa 6 Lenguaje de alto nivel, 3ra. Generación High Level Language A = 3; B = 7; C = A + B;
Todavía se utilizan todas las etapas. El CPU aún ve su entorno como en la etapa 1., los compiladores trabajan produciendo código como en las etapas 2. a Las direcciones de memoria para CODE, A y B las la 4. y los programadores aún programan en lenguaje adjudicará el assembler automáticamente. ensamblador y HLL, etapas 5. y 6.
8