Tema 4: Internet y Teleinformática.

Tema 4: Internet y Teleinformática.

Sistema de Transmisión de Datos:
          Definición: Formado por un equipo emisor, un equipo receptor y un
medio de comunicación.
          Como en toda comunicación los interlocutores han de ponerse de
acuerdo en muchos aspectos:
          • Forma de establecer conexión y desconexión
          • Tipo de transmisión
          • Velocidad
          • Formato de los datos
          • Tipos de señal
           Definición de Protocolo: Un protocolo de comunicación define un
 conjunto concreto de normas y reglas de transmisión que permiten ponerse de
 acuerdo a los equipos de comunicación en cómo debe realizarse la
 comunicación a través de un canal determinado.
                                                
  Sistemas y Señales de Transmisión:
   Formas diferentes de comunicarse por un canal de comunicación:
                   • Simplex: Información sólo en un sentido
                   • Semiduplex: En ambos sentidos pero no de forma simultánea
                   • Duplex: En ambos sentidos, de forma simultánea
   Las señales a ser transmitidas por estos canales pueden ser del tipo:
                   • Analógico
                   • Digital
                                                 
  Redes de Ordenadores:
           Definición: Una red es un conjunto de ordenadores conectados entre
sí, pudiendo comunicarse compartiendo datos y recursos.
 Estas redes están formadas por cables que conectan ordenadores entre si.
            Cuando hay una gran distancia entre estos ordenadores, se emplea la
 red telefónica, redes de fibra óptica o a través de señales inalámbricas
 (microondas, satélites)

  Tipos de Redes:
    Según las características de la red podemos clasificarlas:
                    • LAN: Local Area Network
                    • WAN: Wide Area Network
                    • Internet: Red de Redes.
    En el mundo existen miles de redes, cada empresa, universidades, centros de
    investigación, organismos gubernamentales.
    Cada una de ellas comparte datos y recursos internamente.
    La interconexión de estas redes es lo que ha dado lugar a Internet.
                                                   
Internet:
             Definición: Red de Comunicaciones Heterogénea y de extensión
  mundial, que permite soportar diferentes servicios y usos:
                       • Correo Electrónico
                       • Consultas a través de páginas web
                       • Descarga de Archivos o Ficheros

                                                
Arquitectura Cliente Servidor:
  En Internet los servicios se basan en la arquitectura cliente-servidor, esto
  consiste en la existencia de ordenadores realizando dos funciones diferentes:
       • Cliente: Ordenador que solicita un servicio (petición). Mandar un Correo
       Electrónico o Consultar datos de una Página Web
       • Servidor: Ordenador que proporciona un servicio. Procesa la petición del
       cliente y genera una respuesta adecuada. Recibir y Enviar Correos
       Electrónicos, servir los contenidos de una Página Web a quién lo solicite.
                                                 
Protocolo TCP/IP (Transmissionr Control Protocol /
Internet Protocol):
           Protocolo: Conjunto de reglas y especificaciones técnicas que
 permiten la comunicación entre extremos de manera fiable •.info Para todo tipo de uso
•.int Para organizaciones creadas a
través de tratados internacionales
     http://www.icann.org/
     Internet Corporation For Assigned Names and Numbers
                                              
Proveedores de Servicios de Internet (ISP):
  Hay dos formas de acceder a Internet:
                 • Conexión Directa: Carácter Permanente. Utilizada por empresas
                 • Conexión Remota: Carácter Temporal. Uso Doméstico

  Características:
                 • Ancho de Banda
                 • Cercanía al nodo ISP
                 • Formas de contratación del servicio, ISP gratuito, bonos, ...
                             
  Direcciones URL (Universal Resource Locator):
Notación estándar utilizada para direccionar los recursos en Internet:
                :
Método de Acceso:
• El método de acceso puede ser un protocolo
          http: Hyper Text Transfer Protocol
          ftp: File Transfer Protocol
          ppp: Point-to-Point Protocol
• Puede ser un servicio determinado
          mailto
          news
  Servicios de Internet:
                       • Correo Electrónico (e-mail).
                       • World Wide Web (www)
                       • Transferencia de ficheros vía FTP
                       • Grupos de Noticias (News)
                       • Conversaciones múltiples entre usuarios (IRC)
                                                    
 Correo Electrónico:
          Permite enviar y recibir mensajes a y desde cualquier ordenador. Los
mensajes pueden ser recibidos sin necesidad que el destinatario esté conectado
en ese momento.
          El destinatario y el remitente han de poseer direcciones de correo
únicas que los identifiquen. Una dirección de correo está formada por un
nombre de cuenta separado por @ del nombre del equipo servidor de correo:


                                                  
 World Wide Web (WWW):
          Servicio que permite acceder a documentos enlazados y distribuidos
mundialmente. Son Hipertextos, documentos que contienen enlaces a otros
documentos almacenados en cualquier otra parte del mundo.
          Los documentos, páginas web, se almacenan en servidores web y
pueden ser localizados mediante su dirección URL:

Grafeno.

El grafeno es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano (como panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados.
El Premio Nobel de Física de 2010 se le otorgó a Andre Geim y a Konstantin Novoselov por sus revolucionarios descubrimientos acerca del material bidimensional grafeno.^{1 2}
Mediante la hibridación sp² se explican mejor los ángulos de enlace, a 120°, de la estructura hexagonal del grafeno. Como cada uno de los carbonos contiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojan en los híbridos sp², y forman el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura.
El electrón sobrante se aloja en un orbital atómico de tipo «p» perpendicular al plano de los híbridos. El solapamiento lateral de dichos orbitales da lugar a formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones propician un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.
El nombre proviene de intercambio –en el vocablo grafito– de sufijos: «ito» por «eno»: propio de los carbonos con enlaces dobles. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse una pila de gran cantidad de láminas de grafeno superpuestas.³ Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se deben a fuerzas de Van der Waals e interacciones de los orbitales π de los átomos de carbono.

Estructura cristalina del grafito. Se ilustran las interacciones de las diversas capas de anillos aromáticos condensados.

En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 1,42 Å (ångstroms). Es el componente estructural básico de todos los demás elementos grafíticos, incluidos el propio grafito, los nanotubos de carbono y los fullerenos.
A esta estructura también se le puede considerar una molécula aromática extremadamente extensa en las dos direcciones espaciales. Es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de hidrocarburos aromáticos policíclicos denominada grafenos.

Descripción

El grafeno perfecto está constituido exclusivamente por celdas hexagonales. Celdas pentagonales o heptagonales corresponden a defectos. Ante una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cónica. La presencia de 12 pentágonos crearía un fullereno. La inserción de un heptágono le aportaría forma de silla. Los nanotubos de carbono de pared única son cilindros de grafeno.
En el compendio tecnológico de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) se establece:

Anteriormente, se han utilizado para el término grafeno descripciones como capas de grafito, capas de carbono u hojas de carbono. [...] No es correcto utilizar, para una sola capa, un término que incluya el término grafito, que implica una estructura tridimensional. El término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales.

En este sentido, al grafeno se le ha definido como hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de sólo seis átomos de carbono. La molécula más grande de este tipo contiene 222 átomos de carbono o 37 «unidades de benceno» separadas.⁴
Las cifras de la oración anterior son las contenidas en el resumen de la cita. Debería ser: 111 átomos de carbono y 111 átomos de hidrógeno o, más simple, 222 átomos, lo cual resulta de 37 x 6 (átomos de carbono –o de hidrógeno– del benceno, de fórmula C₆H₆) = 222, o bien: 18.5 anillos de benceno: 18.5 x 12 (átomos del benceno) = 222.
La opción de «unidades» fue para obtener una cifra «redonda» (37), y por consiguiente evitar la expresión fraccionaria (18,5).

Estructuras de resonancia en el benceno (ejemplo clásico).

La ilustración anterior, relativa a la estructura molecular de dos mesómeros de benceno, permite mejor comprensión de lo enunciado previamente.

Propiedades destacadas

Entre las propiedades destacadas de este material se incluyen:⁵

• Es muy flexible
• Es transparente
• Autoenfriamiento (según algunos científicos de la Universidad de Illinois).
• Conductividad térmica y eléctrica altas.⁶
• Elasticidad y dureza elevadas.
• (Sobre todo) Muy alta dureza: 200 veces mayor que la del acero, casi igual a la del diamante.⁷
• Reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades. Esto lo dota de gran potencial de desarrollo.
• Soporte de radiación ionizante.
• Gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible.
• Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.
• Para una misma tarea que el silicio, menor consumo de electricidad.
• Generación de electricidad al ser alcanzado por la luz.⁸
• Ratio Superficie/Volumen muy alto, lo que le atorga un buen futuro en el mercado de los supercondensadores.
• Se puede dopar introduciendo impurezas para cambiar su comportamiento primigenio de tal manera que se pueda hacer que no repela el agua o que incluso mejore todavía más la conductividad.

Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico

• Comportamiento como cuasipartículas sin masa de los electrones que se trasladan sobre el grafeno. Son los denominados fermiones de Dirac, que se mueven a velocidad constante, de manera independiente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 10⁶ m/s. A este respecto, la importancia del grafeno consiste en que propicia el estudio experimental de este comportamiento, predicho teóricamente hace más de 50 años.
• Efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados. Esto permite medirla con suma precisión. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser nula (su valor mínimo depende de la constante de Planck y de la carga del electrón).
• Efecto Hall cuántico fraccionario.
• (Debido a las propiedades anteriores) Movilización libre de los electrones por toda la lámina del grafeno: no quedan aislados en zonas de las que no puedan salir. Es el efecto conocido como localización de Anderson, que representa un problema en sistemas bidimensionales con impurezas.
• Transparencia casi completa y densidad tal que ni siquiera los átomos de helio –que son los más pequeños que existen (sin combinar en estado gaseoso)– podrían atravesarlo.⁹
• Aunque no deja pasar el helio, sí permite paso al agua: en un recipiente de grafeno cerrado se evapora prácticamente a la misma velocidad que si estuviese abierto.¹⁰

Se descubrió durante el decenio de 1930

El repentino aumento del interés científico por el grafeno puede dar la impresión de que se trata de un material nuevo. En realidad se le conoce y se le ha descrito desde hace más de medio siglo. El enlace químico y su estructura se describieron durante el decenio de 1930. P. R. (Philip Russell) Wallace calculó por primera vez (en 1949) la estructura electrónica de bandas.¹¹ Al grafeno se le prestó poca atención durante décadas al pensarse que era un material inestable termodinámicamente ya que se pensaba que las fluctuaciones térmicas destruirían el orden del cristal dando lugar a que el cristal 2D se fundiese. Bajo este prisma se entiende la revolución que significó que Novoselov y Geim consiguiesen aislar el grafeno a temperatura ambiente. La palabra grafeno se adoptó oficialmente en 1994, después de haber sido designada de manera indistinta –en el campo de la ciencia de superficies– «monocapa de grafito».
Además, muchas nanoestructuras recientemente descubiertas, como los nanotubos de carbono, están relacionadas con el grafeno. Tradicionalmente, a estos nanotubos se les ha descrito como «hojas de grafeno enrolladas sobre sí mismas».¹² De hecho las propiedades de los nanotubos de carbono se explican y entienden fácilmente a partir de las inherentes al grafeno.^{13 14} Se ha descrito también la preparación de nanotiras de grafeno mediante nanolitografía, haciendo uso de un microscopio de efecto túnel.¹⁵

Aplicaciones en electrónica

Las propiedades del grafeno son ideales para utilizarlo como componente de circuitos integrados. Está dotado de alta movilidad de portadores, así como de bajo nivel de «ruido». Ello permite que se le utilice como canal en transistores de efecto de campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo material en el sustrato adecuado. Investigadores están indagando métodos tales como transferencia de hojas de grafeno desde grafito (exfoliación) o crecimiento epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio: SiC).
En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores que operaban a frecuencias de 26 gigahercios (GHz).¹⁶ En febrero de 2010, la misma empresa anunció que la velocidad de estos nuevos transistores alcanzó los 100 GHz.¹⁷ En septiembre de 2010 se alcanzaron los 300 GHz.¹⁸
Las publicaciones especializadas rebosan de artículos en los que se atribuye a esta estructura de carbono cualidad de «panacea universal» en la tecnología para reemplazo de dispositivos de silicio por grafeno. Pero no toda la comunidad científica comparte este optimismo. El célebre físico holandés Walter de Heer afirma:

El grafeno nunca reemplazará al silicio. Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente. Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer. Es como con los barcos y los aviones. Los aviones nunca han reemplazado a los barcos.¹⁹

Además, el grafeno carece de una banda de resistividad, propiedad esencial que le es inherente al silicio. Eso implica que el grafeno no puede dejar de conducir electricidad: no se puede apagar.

Técnicas de producción del grafeno

El problema principal que impide la explosión del grafeno es que la producción de grandes muestras es limitada. Las diferentes técnicas tradicionales de fabricación por orden ascendente de escalabilidad son:

• Scotch Tape:
• CVD= Carbon Vapor Deposition
• Liquid Phase Exfoliation
• Plasma
• Oxidisation-Reduction
• Thin Graphite

La calidad de las muestras va en sentido contrario al de la escalabilidad: a más escalabilidad del proceso menor calidad de las muestras.
Recientemente, investigadores de la Universidad de Rice han conseguido sintetizar grafeno a partir del azúcar común a 800 ºC siendo el grafeno resultante de alta calidad. Otra nueva técnica procede del IPCPAS-Instituo de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias conjuntamente con el IRI-Instituto de Investigación Interdisciplinaria de Lille. La técnica de fabricación que utilizaron fue la oxidación del grafito obteniéndose un polvo llamado óxido de grafito. Posteriormente se suspende en agua y se colocó en un limpiador ultrasónico. Los ultrasonidos separan las láminas oxidadas de grafeno y permiten la obtención de escamas de grafeno de 300 nm de espesor

Grafeno en el espacio

En 2011 el telescopio espacial Spitzer de la NASA descubrió grafeno en el espacio además de otras moléculas de la familia de los fulerenos, en concreto las moléculas C60 y C70


 

Tema 3 Informática

José Jacinto Hurtado González y Juan José Mangas Gato

Tema 3.  

1.­ Un vistazo a GNU/Linux.

1.1­ Breve historia de Linux.
UnixTM fue el primer y, para muchos único, sistema operativo que apareció allá por el año 1969 en los laboratorios de la empresa AT&T desarrollado por Ken Thompson. En aquellos momentos no existía el concepto de "ordenador personal" sino que las computadoras de entonces se encontraban en las grandes empresas, pues eran modelos muy voluminosos y, sobre todo, caros.
A principios de los años 90, Linus Benedict Torvald, un estudiante finlandés desarrolló, a partir de una versión educativa de Unix, llamada Minix, un sistema operativo totalmente nuevo llamado Linux. Este sistema era totalmente compatible con los estándares de Unix y el día 5 de octubre de 1991 se publicó la primera versión oficial.
Anteriormente,   en   1983   otro   grupo   de   hackers,   liderados   por   Richard   Stallman   consideran   que   el software no debe ser objeto comercial pues, para ellos, se trata de conocimiento científico y como tal,
debe   transmitirse   libre   y   ser   útil   para   el   progreso   de   la humanidad.   Con   esta   intención   crean   la Fundación para el Software Libre (FSF) y el proyecto GNU, con el objetivo de producir aplicaciones de
libre distribución amparadas en una licencia que las proteja de las patentes comerciales, esta licencia se conoce con las siglas GPL (General Public License). En 1992, Linux se integra en el proyecto GNU y a
partir de ese momento, un grupo de entusiastas comienzan a mejorar el código y a compartirlo a través de la red Internet hasta conseguir los niveles de desarrollo actuales.

1.2. Características de Linux
Linux posee todas las características de los sistemas comerciales usados en los entornos de trabajo más exigentes y se encuentra actualmente en unas cotas de eficacia que le hacen dominar el mercado de los
grandes servidores y, estar cada vez más presente en los equipos de los usuarios domésticos. Este nivel de prestaciones ha sido posible gracias a la disponibilidad de su código fuente, que permite a cualquier
programador del mundo un acceso total a su corrección y mejora.

Algunas de sus principales características son:
         ✔ Multiproceso. Permite la ejecución de varias aplicaciones simultáneamente.
   
        ✔  Multiusuario. Distintos  usuarios pueden acceder a los recursos del sistema simultáneamenta aunque se trate de una instalación en una sola máquina.
         ✔ Multiplataforma. Funciona con la mayoría de plataformas del mercado: Intel 386/486/Pentium, Motorola 680, Sun Sparc,...
         ✔ Shells programables que lo convierten el el sistema más flexible que existe.
          ✔ Soporte para cualquier cantidad y tipo de dispositivos directamente en el núcleo.
    
         ✔ Soporte para la mayoría de sistemas de ficheros.
   
También   podríamos   citar   su   arquitectura   modular   que   evita   los   sistemas   monolíticos   y   permite prácticamente   que  el   usuario  se   fabrique  un  núcleo  a la   carta.  Estas   características   lo   convierten, probablemente, en uno de los sistemas más avanzados que existen.

1.3. Usuarios y grupos
Linux   es   un   sistema   multiusuario   como   hemos   apuntado   anteriormente,   esto   permite   que   varias personas   puedan   usar   el   mismo   ordenador   para   realizar   sus   tareas.   Evidentemente   es   necesario planificar esta situación para organizar las diferentes áreas de trabajo e impedir el borrado o alteración de ficheros de diferentes usuarios.
Es sistema es consciente de esta característica y clasifica los usuarios otorgándoles diferentes niveles deacceso dependiendo de las tareas que vayan a realizar. Por eso, siempre es necesario identificarse antes
de comenzar una sesión de trabajo en Linux.

1.3.1. Identificación
Antes de ingresar en el sistema, Linux nos ofrecerá una ventana, bien gráfica o de texto, en la que nos demandará un nombre de usuario (Loginuser) y una contraseña (password). Una vez cumplimentados
correctamente estos campos, si somos usuarios registrados del sistema, Linux nos permitirá acceder a todos   los   recursos   que   tengamos   autorizados.   Pero,   ¿quién   es   el   encargado   de   registrarnos   y
autorizarnos? Esa tarea, como todas las de administración y configuración están  reservadas para el superusuario, llamado "root". Es conveniente, incluso cuando nosotros seamos los únicos usuarios de
nuestro sistema doméstico, no utilizar la cuenta de root para tareas que no sean administrativas, pues podríamos ocasionar graves daños ya que todo nos estaría permitido. Por eso es aconsejable siempre,
disponer de una cuenta normal de usuario para utilizar el ordenador.

1.3.2. El superusuarioe
Como ya hemos apuntado en el apartado anterior, el superusuario es el responsable de la administración y   configuración   de   todo   el   sistema.   Es   el   único   autorizado   para   añadir   nuevos   usuarios,   instalar
aplicaciones, configurar dispositivos, etc. Posee un acceso total, lo que aconseja el uso prudente de esta cuenta y reservarla sólo para los casos absolutamente necesarios.
El superusuario se define durante el proceso de instalación del sistema. Linux nos pregunta por la contraseña de "root" y hemos de teclearla dos veces para evitar errores, a partir de ese momento, esta contraseña ingresada nos permitirá el acceso como administrador al equipo.
Siempre es necesario ser cuidadoso y custodiar con celo todas nuestras contraseñas personales, también en este caso debemos proceder con cautela y elegir una clave, sencilla para nosotros, pero complicada
para que alguien pueda deducirla. Lo normal es utilizar palabras de acceso de más de seis caracteres alfanuméricos, es decir, que contengan letras y números para conseguir que las combinaciones posibles
sean lo suficientemente elevadas e impedir que sea descubierta con un método sistemático de pruebas.

1.3.3. Usuarios del sistema
El usuario normal del sistema es el que tiene acceso a todos los recursos de éste, pero no puede cambiar la configuración, ni eliminar, voluntaria o accidentalmente, archivos esenciales. Suele estar confinado a
un directorio de trabajo sobre el que posee un control total: crear, borrar, editar o modificar ficheros propios pero nunca puede comprometer la estabilidad y seguridad del equipo. Las cuentas de usuario tiene que crearlas el "root" necesariamente para que el sistema las reconozca, en
caso contrario, ninguna persona que no esté autorizada podrá utilizar los recursos del ordenador.

1.3.4. Grupos de usuarios
Como hemos visto en el apartado anterior, cada usuario tiene acceso total a su propio directorio de trabajo, sin embargo, este usuario puede pertenecer también a varios grupos lo que le proporcionará acceso a los recursos que sean propiedad de los grupos a los que pertenezca. Es decir, los derechos de
acceso a los ficheros y recursos de un sistema Linux está determinado por la identidad del usuario junto con el grupo o grupos a los que pertenezca.

1.4. Permisos de acceso
En Linux hay tres tipos básicos de acceso a los archivos:
        Lectura (r)
     ✔
        Escritura (w)
     ✔
        Ejecución (x)
     ✔
Es decir cualquier fichero puede ser leído pero no modificado (r), leído y modificado (w) o ejecutado (x), en el caso de ser ejecutaeble, es decir, cuando contiene instrucciones para que el sistema realice
alguna tarea. Sin embargo, no todos los usuarios del sistema tienen permiso para acceder a los ficheros. Todos   los  archivos  en Linux tienen un  propietario,  además  cada usuario  del sistema pertenece,   al
menos, a un grupo. De esta forma el sistema permite el acceso a cada fichero basándose en tres niveles:
        Propietario
     ✔
        Grupo
     ✔
        Resto de usuarios
     ✔
Esta información se almacena junto al archivo y es la garantía del funcionamiento correcto, seguro y confidencial del sistema.
Por ejemplo, un fichero que puede ser leído y modificado por el propietario, sólo leído por el grupo e inaccesible   para   el  resto   de   usuarios  tiene  los  siguientes  permisos:  "rw­   r­­   ­­­",  es  decir,   los   tres
primeros caracteres indican el nivel de permisos del propietario (lectura, escritura y no ejecución), los siguientes se refieren al grupo (lectura, no escritura y no ejecución) y el último bloque al resto de usuarios del sistema ( no lectura, no escritura y no ejecución).

José Jacinto Hurtado González y Juan José Mangas Gato

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