Temario Exhaustivo de Computación y Tecnologías de la Información

Fundamentos y Alcance de la Computación Moderna

• Definición y Relevancia Actual:

  • La computación es una disciplina fundamental para el procesamiento, almacenamiento y transmisión de información mediante sistemas tecnológicos.

  • Impacto global: Facilita la comunicación instantánea, el acceso masivo a información, actividades académicas/laborales y la gestión de procesos complejos.

  • Competencias digitales: El conocimiento de hardware, software y sistemas operativos es esencial para un uso eficiente, seguro y responsable de las herramientas tecnológicas actuales.

• Componentes Esenciales del Sistema:

  • Hardware: Corresponde a los componentes físicos y tangibles que hacen posible la tecnología.

  • Software: Programas y aplicaciones que dan vida a las ideas y permiten ejecutar tareas específicas.

  • Sistemas Operativos: Actúan como el protocolo básico de operatividad, administrando recursos y facilitando la interacción usuario-computadora.

• Interconectividad y Desarrollo:

  • Redes y Telecomunicaciones: Permiten la conexión global y el intercambio de datos. Incluye el estudio de Internet, Redes Privadas Virtuales (VPN), firewalls y técnicas de subneteo.

  • Programación: Base del desarrollo de aplicaciones. Fomenta el pensamiento lógico, la creatividad y la resolución estructurada de problemas.

  • Robótica: Disciplina que integra computación, programación, electrónica y mecánica para crear máquinas autónomas o semiautónomas con aplicaciones en medicina, industria, agricultura y exploración espacial.

Redes e Infraestructura de Telecomunicaciones

• Conceptos de Red Informática:

  • Sistema interconectado de dispositivos (nodos) como computadoras, servidores y móviles.

  • Comunicación basada en protocolos predefinidos que actúan como un lenguaje compartido para el intercambio eficaz de información.

• Clasificación Geográfica de las Redes:

  • Personal Area Network (PAN): Espacios reducidos como una oficina o vivienda; alcance de pocos metros. Ejemplo: Conexión Bluetooth entre auriculares y móvil (Piconet).

  • Local Area Network (LAN): Ámbitos locales como escuelas o edificios. Utiliza estándares como Ethernet (cables de cobre o fibra óptica) con rendimientos de $10\,\text{Mbit/s}$ a $1.000\,\text{Mbit/s}$.

  • Metropolitan Area Network (MAN): Comunica varias LAN en una zona geográfica cercana (sedes de una empresa en una ciudad). Utiliza routers de alto rendimiento y fibra óptica.

  • Wide Area Network (WAN): Abarca países o continentes. Utiliza técnicas como IP/MPLS, SDH o SONET.

  • Global Area Network (GAN): Redes globales como Internet, que agrupan redes WAN mediante cables submarinos o satélites.

• Privacidad y Acceso:

  • Internet: Red abierta y pública de alcance mundial.

  • Intranet: Red privada de acceso controlado en un entorno seguro.

  • Extranet: Nivel intermedio de acceso seguro para clientes o colaboradores externos.

• Relación Funcional:

  • Cliente-Servidor: Un servidor central provee recursos a múltiples clientes.

  • Peer-to-Peer (P2P): Todos los usuarios comparten derechos, funciones y recursos de forma colaborativa.

• Características Técnicas de Operación:

  • Velocidad: Tasa de transferencia medida en megabytes por segundo ($\text{MB/s}$). La red inalámbrica suele ser la mitad de rápida que una cableada ($54\,\text{Mbps}$ teóricos).

  • Seguridad: Resistencia ante intrusos. La fibra óptica es el medio más seguro contra interferencias.

  • Confiabilidad: Probabilidad de avería de los nodos. Se recomienda el uso de hardware redundante para mayor tolerancia a fallas.

  • Escalabilidad: Capacidad de añadir nuevos componentes sin degradar excesivamente el rendimiento.

Historia y Evolución de las Redes

• Antecedentes Históricos:

  • Siglo XIX (Principios): Sistemas de telégrafo óptico en Suecia y Francia mediante torres con brazos/persianas codificadas en posiciones visuales.

  • Siglo XIX (Mediados): Sustitución por el telégrafo eléctrico y posteriormente la primera red telefónica en Boston tras un choque de trenes para contactar médicos.

  • Sistemas Iniciales: Comunicación entre unidad central y terminales remotas vía módem para transformar señales digitales en analógicas.

• Hitos de la Conmutación de Paquetes:

  • Años 60: Surgimiento del método de fragmentar mensajes en pedazos (paquetes) para ser reensamblados en el destino.

  • ARPANET (1967): Ancestro de Internet creado por ARPA. Utilizaba dispositivos IMP (Information Message Processor) fabricados por Honeywell con $12\,\text{Ks}$ de memoria principal.

  • Internet (1972): Conferencia internacional donde se discutió la necesidad de protocolos comunes para el entendimiento global de la red.

Componentes Físicos y Software de Red

• Hardware de Conectividad:

  • Tarjeta de Red (NIC): Posibilita la conexión mediante puertos RJ45 o Wi-Fi. Marcas comunes: Realtek, Microsoft, Gigabit.

  • Cables de Transmisión:

    • UTP (Par trenzado sin blindaje): Redes locales domésticas; impedancia de $100\,\Omega$.

    • STP (Par trenzado blindado): Redes potentes con baja latencia; impedancia de $150\,\Omega$.

    • Coaxial: Protección contra interferencias mediante malla aislante.

    • Fibra Óptica: Transmisión luminosa inmune a interferencias electromagnéticas. Tipos: monomodo y multimodo.

  • Router: Periférico que distribuye señal a varios dispositivos; los modelos modernos combinan módem y router.

• Software Especializado:

  • Wireshark: Analizador de protocolos y paquetes para examinar tráfico inalámbrico y por cable.

  • Cisco Packet Tracer: Herramienta de simulación para diseñar topologías virtuales y configurar dispositivos vía interfaz de línea de comandos (CLI).

  • Windows Server (2003): Línea de SO para servidores de uso intensivo.

  • Nagios: Sistema de código abierto para monitorear hardware y servicios (SMTP, HTTP, SNMP) con generación de alertas.

Topologías de Red: Diseño Lógico y Físico

• Topología de Bus:

  • Conexión lineal a un solo cable troncal con terminadores en los extremos.

  • Ventajas: Barata, requiere menos cables, terminadores pasivos (sin energía).

  • Desventajas: Una ruptura en el troncal hace colapsar toda la red; colisiones de datos por falta de coordinación.

• Topología de Estrella:

  • Nodo central (hub o switch) como núcleo que gestiona todos los flujos de datos.

  • Ventajas: Aislamiento de fallas (si un nodo falla, el resto sigue operando); expansión flexible (plug and play).

  • Desventajas: El nodo central es un cuello de botella; costo del conmutador puede representar el $30\text{-}50\%$ de la inversión.

• Topología de Árbol (Bus en Estrella):

  • Estructura jerárquica con un nodo raíz y ramificaciones que contienen redes en estrella.

  • Modelos: Árbol de bus (el troncal se conecta a concentradores) y Árbol de clústeres (enlace padre-hijo).

  • Seguridad: Deficiente, ya que un hacker en una estación podría acceder a datos que circulan por la rama.

• Topología Mixta:

  • Combinación de dos o más bases (Ej: Estrella-Bus o Estrella-Anillo).

  • Estrella-Anillo: Redes de anillo conectadas a una unidad central; utiliza el paso de "token" para comunicación equitativa.

Seguridad Informática y Ciberseguridad

• Concepto y Objetivos:

  • Proteger activos contra acceso no autorizado mediante la tríada de la CIA: Confidencialidad, Integridad y Disponibilidad.

  • Ciberseguridad: Enfocada específicamente en amenazas digitales (malware, phishing).

  • Seguridad Informática: Ámbito más amplio que incluye riesgos físicos y ambientales en salas de servidores.

• Protocolos de Acceso (IAAR):

  1. Identificación: Registro único (ID, nombre de usuario).

  2. Autenticación: Verificación de credenciales (contraseñas).

  3. Autorización: Concesión de permisos específicos.

  4. Responsabilidad: Seguimiento de la actividad para rendición de cuentas.

• Mecanismos de Defensa:

  • Segmentación: Uso de VLAN o VPC para separar la red lógicamente.

  • Cifrado de Datos:

    • Simétrico: Una clave única compartida (rápido).

    • Asimétrico: Dos claves (pública y privada), menos vulnerable.

  • Sistemas IDPS: Detección y prevención de intrusiones operando detrás del firewall.

  • NAC (Network Access Control): Verifica el estado de salud del endpoint (antivirus actualizado) antes de permitir el ingreso.

• Costos de Brechas de Seguridad:

  • Según IBM (2025), el costo promedio de una filtración es de $4.44\,\text{millones de dólares}$.

  • Ransomware: Demandas de rescate que han llegado hasta los $80\,\text{millones de dólares}$.

Análisis de Sistemas Operativos (SO)

• Clasificaciones:

  • Usuarios: Monousuario (Windows doméstico, MS-DOS) vs. Multiusuario (UNIX, Linux, Windows Server).

  • Tareas: Monotarea vs. Multitarea (ejecución de procesos en background).

  • Recursos: Centralizado vs. Distribuido.

• Historia y Estructura:

  • Inicios: General Motors (1956) creó el primero para una IBM. En 1981 nace MS-DOS tras adquirir el 86-DOS.

  • Kernel (Núcleo): Corazón del SO que gestiona hardware en modo privilegiado y aislado.

  • Gestión de Memoria: Espacio volátil; tras fallas o apagado, la información se pierde en aproximadamente $3\,\text{minutos}$.

• Virtualización:

  1. VMM o Hipervisor: Capa de abstracción que divide recursos físicos en máquinas virtuales.

  2. Modelos: Virtualización de aplicaciones (SaaS), escritorios, servidores, almacenamiento y redes.

  3. Software: Xen (desarrollado por Cambridge), Microsoft Hyper-V, VMware Workstation, Virtuozzo (virtualización a nivel SO).

Robótica y Automatización Científica

• Definición de Robot: Ordenador con capacidad de movimiento que realiza tareas automáticas.

• Leyes de la Robótica (Isaac Asimov, 1942):

  1. No dañar a un ser humano ni permitir daño por inacción.

  2. Obedecer órdenes humanas, salvo conflicto con la primera ley.

  3. Proteger la propia existencia, sin conflicto con las leyes anteriores.

• Generaciones de Robots:

  • 1ª Gen: Manipuladores con movimientos limitados.

  • 2ª Gen: De aprendizaje (recogen información del entorno).

  • 3ª Gen: Reprogramables con sensores.

  • 4ª Gen: Móviles e inteligentes (AMR - Autonomous Mobile Robots).

  • 5ª Gen: Inteligencia Artificial autónoma.

• Componentes de Control:

  • Sensores: Clasificados en resistivos, capacitivos, inductivos, ópticos (fotorresistencias) e inerciales (IMU con Filtro Kalman).

  • Servomotores: Control preciso mediante PWM (modulación de ancho de pulso). Incluyen sistemas de corrección de errores comparando el punto de consigna con la realimentación.

  • Puente H: Circuito de 4 MOSFETs en forma de "H" que controla la dirección de motores de CC. Shobo Electronics utiliza modelos como el SPC-STW-2612CMS para protección contra sobrecorriente.

Conceptos de Electrónica y Electricidad

• Electricidad:

  • Carga: Átomos con protones (+) y electrones (-).

  • Corriente Alterna (CA): Cambia polaridad cíclicamente (En España: $50\text{-}60\,\text{Hz}$). Modificable mediante transformadores.

  • Corriente Continua (CC): Flujo en un solo sentido constante (Rojo para +, Negro para -).

• Ley de Ohm:

  • Fórmula general: $V = I \times R$

  • $V$: Voltaje (Voltios, fuerza impulsora).

  • $I$: Corriente (Amperios, flujo de electrones).

  • $R$: Resistencia (Ohmios, oposición al paso).

• Componentes Electrónicos Comunes:

  • Transistor: Formado por 3 capas: emisor, colector y base.

  • Diodo: Permite flujo en una dirección; compuesto por cristales P (escasez) y N (exceso electrones).

  • Transformador: Bobinado de cobre para variar voltaje manteniendo frecuencia y potencia.

  • Leds: Diodos que emiten luz; indican funcionamiento e iluminación.

Plataforma de Hardware Libre: ARDUINO

• Origen: Proyecto iniciado en 2003 en Ivrea, Italia, bajo la filosofía "learning by doing".

• Hardware y Software Libre: Planos públicos adaptables y entorno de programación Arduino IDE.

• Anatomía del Arduino UNO:

  • Microcontrolador: ATmega328 (el "cerebro").

  • Alimentación: Vía USB o fuente externa ($6\text{-}12\,\text{VDC}$).

  • Pines:

    • Analógicos (A0-A5): Para leer sensores de luz o temperatura.

    • Digitales: E/S para botones o actuadores.

    • PWM (9, 10, 11): Simulan señales analógicas para controlar velocidad de motores.

    • AREF: Referencia de tensión externa.

  • Modelos Especializados:

    • LilyPad: Tecnología textil plana para coser en ropa con hilo conductor.

    • Arduino Mega 2560: $54$ pines E/S y $16$ entradas analógicas; popular para impresoras 3D y CNC.

    • Arduino Micro: El más pequeño ($18\,\text{mm} \times 48\,\text{mm}$); ideal para dispositivos HID tipo teclado/ratón.

    • MKR NB 1500: Para comunicación de banda estrecha en lugares remotos sin Internet.

Soporte Técnico y Mantenimiento de TI

• Niveles de Gestión:

  • Soporte de Hardware: Mantenimiento físico de CPU, Placa Madre, RAM ($kJ\,mol^{-1}$ no aplica aquí, se refiere a termodinámica, omitir contexto químico si es irrelevante), HDD/SSD.

  • Soporte de Software: Instalación, actualización de drivers y resolución de errores lógicos.

  • Gestión de Incidentes: Interrupciones imprevistas. El objetivo es restaurar la normalidad minimizando el impacto al negocio.

• Estrategias de Mantenimiento:

  • Preventivo: Limpieza y revisión periódica para detectar problemas antes del fallo.

  • Correctivo: Reparación posterior a la avería (reactivo).

  • Predictivo: Monitoreo de logs, temperatura y análisis SMART para estimar fallas futuras.

  • Evolutivo: Mejora y modernización de infraestructura (Ej: cambiar HDD por SSD).

• Herramientas del Laboratorio Informático:

  • Pulsera antiestática (proteger hardware).

  • Multímetro (medir voltaje/continuidad).

  • Alcohol isopropílico (limpiar circuitos).

  • Soplador de aire comprimido (remover polvo).

Tipos de Computadoras por Tamaño y Tecnología

• Supercomputadoras: Equipos en red para cálculos científicos masivos. Ejemplo: Fugaku (Japón), con un rendimiento de $415\,\text{petaflops}$ ($415 \times 10^{15}$ operaciones/segundo).

• Workstations: Estaciones de trabajo especializadas para diseño 3D y animación. Ejemplo: Apexx.

• Microcomputadoras: PCs de escritorio, all-in-one y portátiles (laptops).

• Wearables: Computadoras corporales (pulseras inteligentes, Google Glass).

• Computadoras Analógicas: Funcionan con circuitos electrónicos que miden magnitudes físicas (presión, temperatura) sin memoria de almacenamiento.

• Computadoras Híbridas: Traducen valores analógicos a digitales. Ejemplo: Surtidores de gasolina.

• Computadoras Cuánticas: Utilizan el "cúbit" en lugar del bit. El IBM Q System One es el primer modelo de uso comercial.

Programación: Java y C++

• Java (1995):

  • Inventado por James Gosling en Sun Microsystems (Green Team: Gosling, Sheridan, Naughton).

  • JVM (Máquina Virtual Java): Permite el eslogan "Escribir una vez, ejecutar en cualquier lugar" (WORA).

  • Frameworks: Spring (aplicaciones empresariales) e Hibernate (mapeo objeto-relacional).

• C++ (1980):

  • Desarrollado por Bjarne Stroustrup como "C con clases".

  • Standard Template Library (STL): Incluye estructuras como Pilas (LIFO) y Colas (FIFO).

  • Palabras reservadas: bool, volatile, friend, virtual, this, mutable.

Internet de las Cosas (IoT) y Redes de Almacenamiento

• IoT: Red de objetos cotidianos con sensores. Beneficios en hogares inteligentes y transporte (Tesla, BMW). Riesgo: cada dispositivo es un punto de entrada potencial para un pirata informático.

• SAN (Storage Area Network): Red dedicada que combina sistemas de almacenamiento y conmutadores para aplicaciones empresariales de alto rendimiento.

• POLAN (Passive Optical LAN): Utiliza divisores ópticos pasivos para compartir señal, siendo más eficiente que el cableado de cobre activo.

• VAN (Value-Added Network): Red de valor añadido que usa cables de cobre trenzados de $0,6\,\text{mm}^2$ (DATA y DATA/).

Diseño Gráfico y Ofimática

• Ofimática:

  • Procesadores de texto (Word), Hojas de cálculo (Excel), Presentaciones (PowerPoint/Canva).

  • Almacenamiento en nube: Google Drive, Dropbox.

  • Compresión: ZIP vs RAR. LZMA, BZIP2 y DEFLATE son técnicas usadas por WinZip y 7-Zip.

• Diseño Gráfico:

  • Comunicación visual (no arte puro).

  • Tipografía: Serif (clásicas), Sans Serif (modernas), Decorativas (Script/Góticas).

  • Color: CMYK (puntos pictóricos/impresión) vs RGB (luz/digital).

  • Equilibrio: Simétrico, asimétrico y radial.

  • Herramientas: Photoshop (retoque), Illustrator (vectorial), Figma (interfaces UI).